微系统封装基础作业(5)

温度-变形曲线。类似于膨胀计法，找出曲线上的折点所对应的温度即为Tg。

45.在PPT59页上上方的图中，炉子内部加热时会分三个温度区域，哪边的温度高哪边的温度低?

答：当炉子的长度不是忽略不计时，则图中，充入的气体在炉子的左边浓度较高，右边较低。为了使沉积过程的化学反应进行的更为平均，则应当让炉子左边的温度较低，右边的温度较高，以平衡气体浓度的不均匀。

46.TCE(Therm Coeff. Exp.)的定义是什么？为什么需要TCE较低？

答：ThermalExpansionCoefficient，热膨胀系数，表征材料的尺寸随温度的变化情况，是在特定压强下温度改变一摄氏度时材料尺寸变化的比例。

TCE需要尽可能的低是因为，封装中材料的膨胀与压缩，会对材料表面的结构（如基板上的电路，或是两层粘连在一起的不同材料）产生横向的应力，对其造成损害。

47.A)PPT73页的图中，damping property是在Tg之前出现好还是在Tg之后出现好？为什么？

B)什么导致rigidity在温度降低（或升高）时发生变化？结构上有什么改变？ 答：A)damping在Tg之前出现较好，因为如果在Tg之后出现，材料的硬度已经变得十分低，这时阻尼带来的好处将不再存在。

C) 材料的刚度主要由分子/原子间的范德华力以及分子/原子间的链的作用决定。当温度

升高时，范德华力对原子/分子的束缚作用会变小，以及当温度升高时，分子/原子间的链会遭到破坏。

48. PPT91页中，同一种resin（树脂），通过不同的处理机制（Curing Agent），为什么会得到不同性能的产品？举两种说明。

答：环氧树脂中的碳氧环可以开环发生cross-linking反应，将一些成分添加到分子链上，从而获得那些成分上的基团的一些特性。这一cross-linking反应通常称为curing。 如通过与防水性好的polyamide反应，得到具有较好的防水性能的产物。与Ketamines反应，得到化学性能稳定的苯环和碳环，从而具有良好的化学稳定性。

49. PPT92页中，为什么环氧树脂的R基团中，用第一种（将H用Br取代）的基团后，材料不易燃？

答：因为溴是阻燃剂，溴代二酚基丙烷环氧树脂(Tetrabromo-BPV)其含溴量达到16%以上时，已具备良好的自熄性能，所以不易燃。

50. PPT92页中，为什么环氧树脂的R基团中，用第二种（含有C34）的基团后，材料变得更加柔软？

答：由于二聚酸相比于环氧树脂含有两个羧基和一个以上较大的非极性烃基,它拥有高度的分支结构和36个碳原子构成的长碳链，这种分支结构和碳原子长链结构使得其拥有了非结晶性、高度的柔软性和超强的憎水性。

51. PPT92页中，为什么环氧树脂的R基团中，采用第三种基团后，材料变得对水敏感？ 答：因为（1）（2）的官能团都是非极性的，而（3）的CH2具有极性，C的正电荷比H的正电荷多，是C略带负电，H略带正电。H+易于与水的OH-结合，所以变得亲水

了。

52. PPT93页中，加入更多的苯环结构为什么会使材料的Tg变高？

答：有几个因素对结构可能影响TG明显升高，如弹性，几何结构和聚合物链的相互作用。Tg是玻璃化转变温度Tg，位于冷却曲线之间的交点（体积与温度）的玻璃态和过冷液体。这是一个表征的聚合物的最重要指标。从分子运动角度来看，它是主链的冻结温度。因此，任何诱导聚合物活性下降的因素会使TG降低，反之亦然。与单一的债券包括C-C，C-N，Si-O非晶聚合物主链结构，C-O对具有较低的Tg，因为分子链上单键的旋转。但如果聚合物主链具有苯环的数量，单键可使链条转动减少导致下降的灵活性和TG越来越。所以更多的苯环使TG高。

53. 聚酰亚胺（Polyimide）耐高温的原因是什么？

答：聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，耐高温达 400℃以上 ，长期使用温度范围-200～300℃，无明显熔点， 是指主链上含有酰亚胺环（-CO-N-CO-）的一类聚合物，其中以含有酞酰亚胺结构的聚合物最为重要。聚酰亚胺作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域，其耐高温性主要源自特殊的分子结构。

54. Polyimide（聚酰亚胺）和Epoxy（环氧树脂）哪一个可以与substrate粘连的更好？为什么？

答：环氧树脂更好。

环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很高的粘附力。

环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，而这也有助于提高粘附强度。

55. 为什么Polyimide（聚酰亚胺）吸水？吸水以后，它的电气性能会有什么影响？为什么？

答：聚酰亚胺上的羰基（C=O)上的氧有两对孤对电子，具有较强的极性，可以与水分子中的氢原子产生静电引力，形成氢键。同时其原体聚酰胺酸中没有亚胺化的羧基（-COOH）也具有吸水性。所以聚酰亚胺具有吸水性。

聚酰亚胺本身的介电常数很小（3.6），而水的介电常数很大（78-80），当聚酰亚胺吸收水分子后，引入了强极性分子，在有外加电场作用的情况下，容易发生极化，表现为介电常数的增大。

56. 为什么Polyimide可以用作光波导？

答：光波导是指由光透明介质(如石英玻璃)构成的传输光频电磁波的导行结构。光波导的传输原理是在不同折射率的介质分界面上，电磁波的全反射现象使光波局限在波导及其周围有限区域内传播。

由于有机聚合物材料具有介电常数小、电光和热光系数大、损耗小、易于加工及可垂直集成等优点，其中聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，耐高温达400℃以上 ，长期使用温度范围-200～300℃，无明显熔点，高绝缘性能，103 赫下介电常数4.0，介电损耗仅0.004～0.007，属F至H级绝缘材料，因此适合作为光波导材料。

57. 为什么silicone-polyimide 的K值（3.0）介于silicone（2.7）和Polyimide（3.5）之间？

答：因为聚酰亚胺结构中的碳氧双键(C=O)具有较强极性，而硅酮中的甲基(-CH3)并无明显极性，而官能团极性影响材料的极化响应能力，因此聚酰亚胺介电常数较高，而硅酮介电常数较低。当两者形成嵌段共聚物时，对等体积材料而言碳氧双键的含量相对降低，因而对于极化响应能力的影响也相应减弱，因此共聚物的介电常数比聚酰亚胺低；而由于引入了比甲基极性更强的碳氧双键，因此介电常数比硅酮高。于是，共聚物介电常数介于2.7与3.6之间，约为3.0.

58. PPT105页中，N型、C型、D型、F型，随着结构的不同，其耗散因数（dissipation factor）具有如表中所示的差别，其原因是什么？

答：耗散因数（dissipation factor）：电介质在交变电场作用下，所积累的电荷有两种分量：(1)有功功率。一种为所消耗发热的功率，又称同相分量；(2)无功功率，又称异相分量。异相分量与同相分量的比值即称为介质损耗。通常用正切tanδ表示，δ是介电损耗角。它表征每个周期内介质损耗的能量与其贮存能量之比。高分子材料多系绝缘性好的材料，广泛的用于电子及电工行业。使用时不希望绝缘材料本身能量损耗大，因而测量出介质损耗因数就能评价材料的介质本身能量损耗。

高分子材料的介电常数由主链结构中的键的性能和排列所决定。分子结构极性越强，介电常数和介电损耗越大。非极性材料的极化程度小，介电常数和介电损耗都较小。极性取代基团影响更大，基数目越多，介电常数和tanδ越大。N Type由于单体具有对称结构极性很弱，耗散因数小，C Type由于Cl取代了氢原子，氯原子对电子有较强的吸附作用，使得极性变大，耗散因数也变大，而D Type为聚二氯对二甲苯两个氯原子在苯环上对称，对电子的吸附有所抵消，所以耗散因数比C略小，F Type中F取代了H具有更低的介电常数(即透波性能好)，其耗散因数最小。

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