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原材料陶瓷基板的金属化及种类

斯利通陶瓷电路板 2021-04-21 10:59 发文


一、陶瓷基板的性质

1、机械性质:(电路布线的形成)

a.有足够高的机械强度,除搭载元器件外,也能作为支持构件使用;

b.加工性好,尺寸精度高,容易实现多层化;

c.表面光滑,无翘曲、弯曲、微裂纹等;

2、电学性能:

a.绝缘电阻及绝缘破坏电压高;

b.介电常数低、介电损耗小;

c.在温度高、湿度大的条件下性能稳定,确保可靠性;

3、热学性质:

a.热导率高;

b.热膨胀系数与相关材料匹配(特别是与Si的热膨胀系数要匹配) ;

c. 耐热性优良。

4、其他性质:

a.化学稳定性好、容易金属化、电路图形与之附着力强;

b.无吸湿性、耐油、耐化学药品、a射线放出量小;

c.所采用的物质无公害、无毒性、在使用温度范围内晶体结构不变化; d.原材料资源丰富、技术成熟、制造容易、价格低。

二、陶瓷基板的制作方法:

陶瓷烧成前典型的成形方法有下述四种:粉末压制成形(模压成形、等静压成形)、挤压成形、流延成形、射出成形。其中流延成形法由于容易实现多层化且生产效率较高,近年来在LSI封装及混合集成电路用基板的制造中多被采用。常见的三种工艺路线如下:

1.叠片—热压一脱脂一基片烧成一形成电路图形- -电路烧成;

2.叠片一表面印刷电路图形一热压—脱脂一共烧;

3.印刷电路图形一叠层一热压- -脱脂一共烧。

三、陶瓷基板的金属化:

a.厚膜法:厚膜金属化法,是在陶瓷基板上通过丝网印刷形成导体(电路布线)及电阻等,经烧结形成电路及引线接点等; ( 常见的玻璃粘接剂有玻璃系、氧化物系和玻璃与氧化物混合系);

b.薄膜法:采用真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜等真空镀膜法进行金属化,由于为气相沉积法,原则上讲无论任何金属都可以成膜,无论对任何基板都可以进行金属化,但是金属膜层与陶瓷基板的热膨胀系数应尽量-致,而且应设法提高金属化层的附着力;

c.共烧法:在烧成前的陶瓷生片上,丝网印刷Mo、W等难熔金属的厚膜浆料,一起脱脂烧成,使陶瓷与导体金属烧成为-体的结构, 此方法具有以下特性:

■可以形成微细的电路布线,容易实现多层化,从而能实现高密度布线;

■由于绝缘体与导体作成- -体化结构,可以实现气密封装;

■通过成分、成形压力、烧结温度的选择,可以控制烧结收缩率,特别是平面方向零收缩率基板的研制成功为其在BGA、CSP、裸芯片等高密度封装方面的应用创造了条件。

四、陶瓷基板的种类:

1、氧化铝基板:

a.原料: A1203 原料的典型制造方法是Buyer法,在这种方法中原材料采用铝矾土(水铝矿/一水软铝石以及相应的化合物) ;

b.制作方法: A1203 陶瓷的成形一般采用生片叠层法,粘接剂一-般采用聚乙烯醇聚J醛(PVB)数字,烧成温度因添加的助烧剂不同而异,通常为1550~ 1600C。A1203基板的金属化方法目前主要采用厚膜法及共烧法、从使用的浆料到工艺技术都比较成熟,目前可满足各方面应用的要求;

c.应用:混合集成电路用基板、LSI封装用基板、多层电路基板。

2、莫来石基板

莫来石基板(3 A1203. 2Si02) :是A1203-Si02二元系中最稳定的晶相之一, 与A1203相比虽然机械强度和热导率要低---些,但其介电常数低,因此可望能进一步提高信号传输速度。其热膨胀系数也低,可减小搭载LSI的热应力,而且与导体材料Mo、W的热膨胀系数的差也小,从而共烧时与导体间出现的应力低。

3、氮化铝基板:

a.原料: AIN 为非天然存在而是一种人造矿物,于1862年由Genther等人最早合成。AlN粉末的代表性制作方法是还原氮化法和直接氮化法,前者以A1203为原料,通过高纯碳还原,再与氮气反应形成,后者直接是Al粉末与N2发生反应进行直接氮化;

b.制造方法: A1203 基板制造的各种方法都可用于AIN基板的制造,其中用得最多的是生片叠层法,即将AIN原料粉末、有机粘接剂及溶剂、表面活性剂混合制成陶瓷浆料,经.流延、叠层、热压、脱脂、烧成制得;

c. AIN基板的特性: AIN 的热导率为A1203的10倍以上,CTE与硅片相匹配,AIN 材料相对与A1203来说,绝缘电阻、绝缘耐压要高些,介电常数更低些,这些特点对于封装基板应用来说是十分难得的;

d.应用:用于VHF(超高频)频带功率放大器模块、大功率器件及激光二极管基板等。

4、碳化硅基板:

a.原料:SiC 不是天然产生而是由人工制造的矿物,由硅石、 焦炭及少量食盐以粉末状混合,用石墨炉将其加热到2000°C以上发生反应,生成a -SiC,再通过升华析出,可得到暗绿色块状的多晶集合体;

b.制造方法:SiC 的化学稳定性及热稳定性都非常好,采用普通方法烧成难以达到致密化,因此需要添加烧结助剂并采用特殊方法烧成,通常采用真空热压法烧成;

c. SiC基板的特性:其最具特色的性质是,与其他材料相比,其热扩散系数特别大,甚至比铜还大,而且其热膨胀系数与Si更为接近。当然它也存在一些缺点,相对而言其介电常数高、绝缘耐压要差一些;

d.应用:对于碳化硅基板,扬长避短,多用于耐压性不大存在问题的低电压电路及VLSI高散热封装的基板,例如高速、高集成度逻辑LSI带散热机构封装、在超大型计算机、光通信用激光二极管的基板应用等。

5、氧化铍基板(Be0)

其导热率是A1203的十几倍,适用于大功率电路,而且其介电常数又低,可用于高频电路。Be0 基板基本上采用干压法制作,此外也可在其中添加微量的MgO及A1203等利用生片法制作Be0基板。由于Be0粉末的毒性,存在环境问题,在日本不允许生产Be0基板,只能从美国进口。


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