现有陶瓷基板制造技术.ppt

第一节陶瓷基板概论1、氧化铝基板
（1）Al2O3陶瓷的基本性质
优良的机械强度；
良好导热特性，适用于高温环境；
具有耐抗侵蚀和磨耗性；
高电气绝缘特性。
良好表面特性，提供优异平面度与平坦度；
抗震效果佳；
低曲翘度；
高温环境下稳定性佳；
可加工成各种复杂形状。
（2）Al2O3晶体结构
具有多种同质异晶体;
a(三方)、b(六方)、g(四方)、h(等轴)、r(晶系未定)、χ(六方)、κ(六方)、δ(四方)、θ(单斜)-Al2O3等10多种变体；
主要有a(三方)、b(六方)、g(四方)相；
a-Al2O3为高温稳定相，工业上使用最多。
a-Al2O3（3）Al2O3陶瓷的分类及性能

7（4）Al2O3陶瓷原料生产

（5）Al2O3陶瓷基板制作方法
(a)Al2O3陶瓷成型
助烧剂
厚膜用：Al2O3-SiO2-MgO、CaO，提高金属化层的浸润性；
薄膜用：0.2w%MgO,得到密度高、表面平滑基板，MgO抑制烧成时Al2O3颗粒长大（Cr2O3抑制MgO表面蒸发）。
粘结剂：
PVB(聚乙烯醇聚丁醛树脂）
分散剂：
DBP（邻苯二甲酸二丁酯）、鱼油、合成油
烧成温度：
1500-1600ºC
气氛：
加湿H2、H2-N2、NH3的分解混合气
(b)Al2O3陶瓷金属化
共烧法
厚膜法
薄膜法
难熔金属法
(c)Al2O3基板表面金属化—难熔金属法
1938年德利风根（德）、西门子公司
Mo法、Mo-Mn法、Mo-Ti法
Mo-Mn法（常用）:以耐热金属Mo粉为主成分，易形成氧化物Mn为副成分，混合成浆料，涂布在表面已研磨、处理的Al2O3基板表面，在加湿气氛高温烧成金属层。
Mn+H2OMnO+H2
MnO+Al2O3MnO·Al2O3
此外，在表面电镀Ni、Au、Ag等，改善导体膜的焊接性能。

MnO-Al2O3系相图中间层（MnO·Al2O3）（6）Al2O3陶瓷基板的应用
(a)混合集成电路用基板
Al2O3%厚膜混合IC用基板
表面粗糙度，价格、与布线导体结合力;
常用96wt%的Al2O3基板。
薄厚膜混合IC用基板
厚度几百nm以下，薄膜的物理性能、电气性能受表面粗糙度影响很大;
保证表面平滑，表面被覆玻璃釉（几十微米）。
薄膜混合IC用基板
纯度99%以上，表面粗糙度小
(b)LSI用基板
同时烧成技术制作的LSI封装，气密性好、可靠性高；
机械强度高、热导率高，在多端子、细引脚节距、高散热性等高密度封装中，Al2O3基板作用重大。
(c)多层电路基板
NEC,100mm100mm,
PI布线;
PI介电常数低，提高信号传输速度。2、莫来石基板
3Al2O3·2SiO2,是Al2O3-SiO2体系最稳定晶相之一；
机械强度、热导率比Al2O3低；
介电常数比Al2O3低，有利提高传输速度；
制造、金属化方法与Al2O3基本相同；
日立公司开发莫来石用于多层电路板；
导体层：W，44层3、氮化铝基板
（1）AlN陶瓷性质
热导率高（>Al2O3）
热膨胀系数与Si匹配(适用高密度封装、MCM)

AlN晶体结构(2)AlN的导热机理
通过点阵或晶格振动，即借助晶格波或热波进行热传递;
载热声子通过结构基元(原子、离子或分子)间进行相互制约、相互协调的振动来实现热的传递；
如果晶体为具有完全理想结构的非弹性体，则热可以自由地由晶体的热端不受任何干扰和散射向冷端传递，热导率可以达到很高的数值；
热导率主要由晶体缺陷和声子自身对声子散射控制。
AlN的热导率理论值：320W／(m·K）；实际值：<200W／(m·K）;
AlN主要靠声子传热，在热传输过程中，晶体中的缺陷、晶界、气孔、电子以及声子本身都会产生声子散射，从而影响A1N基板的热导率;
声子散射对热导率K的影响关系式为:
K=1/3cvl
c:比热容；v=声子运动速度；l:声子平均自由程
为了提高AlN的热导率：
必须对陶瓷的微结构进行控制，排除点阵畸变、位错、层错、非平衡点缺陷等晶体缺陷，尽量保证晶体的完整性；
减少气孔、第二相析出。
(3)AlN粉的制备
电子级AlN粉要求纯度高、烧结性活性好；
AlN粉中的杂质特别是氧的含量，对陶瓷基板的性能有显著影响；氧含量提高会严重降低基板的热导率；
粉体粒度、颗粒形态则是影响成型和烧结条件的关键因素。
(a)铝粉直接氮化法
2Al+N2→AlN
简单易行，已经用于大规模生产；
能够合成大量纯度较高的AlN粉，无副反应；
金属铝在660℃熔化，大约在800℃时开始与N2反应；(铝在2490℃完全气化)
强烈的放热反应，能够保证反应的顺利进行。
铝粉直接氮化法缺点：
强烈的放热反应，反应过程难以控制，产品质量不稳定；
制得的AlN粉往往有自烧结