陶瓷基板制造的技术.ppt

第一节陶瓷基板概论,1、陶瓷基板具备条件2、陶瓷基板的制造方法3、流延成型工艺4、陶瓷基板的金属化第二节各类陶瓷基板1、氧化铝基板2、莫来石基板3、氮化铝基板4、碳化硅基板5、氧化铍基板,1,第三章陶瓷基板制造技术,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。,2,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。,3,（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)、(六方)、(六方)、(四方)、(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。,4,a-Al2O3,Al3+与O2-之间为强固的离子键；O2-阴离子近似于密排六方排列；Al3+阳离子占据了2/3的八面体空隙位置，即每个Al3+位于6个O2-构成的八面体的中心;a-Al2O3结构的填充极为密实，其物理性能，化学性能稳定，具有密度高、机械强度大等特性。,5,（3）Al2O3陶瓷的分类及性能,6,7,（4）Al2O3陶瓷原料生产,8,Buyer法,铝矾土,铝酸苏打溶液,成核剂,水铝矿,过滤、煅烧、脱水,a-Al2O3,1100-1200C,Al2O33H2O,NaOHaq.,（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）。,9,10,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：1500-1600C气氛：加湿H2、H2-N2、NH3的分解混合气,11,(b)Al2O3陶瓷金属化共烧法厚膜法薄膜法难熔金属法,12,(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+H2OMnO+H2MnO+Al2O3MnOAl2O3此外，在表面电镀Ni、Au、Ag等，改善导体膜的焊接性能。,13,MnO-Al2O3系相图,14,经Mo-Mn法处理的Al2O3基板焊接截面结构,15,（6）Al2O3陶瓷基板的应用(a)混合集成电路用基板,16,Al2O3%,17,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,18,(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。,19,(c)多层电路基板,IBM308X,TCM，基板：90mm90mm,布线：共烧Mo；L：120m,20,NEC,100mm100mm,PI布线;PI介电常数低，提高信号传输速度。,21,2、莫来石基板3Al2O32SiO2,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；,22,日立公司开发莫来石用于多层电路板；导体层：W，44层,23,3、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,a=0.31nm;c=0.498nm;属六方晶系，是以【AlN4】四方体为结构单元的纤维矿型；共价键化合物；AIN晶体呈白色或灰色；常压下分解温度为22002450；理论密度为3.26gcm3。,24,25,(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。,26,AlN的热导率理论值：320W(mK）；实际值：铜1.1cm2/s);热膨胀系数与Si更加接近;缺点：介电常数高，不适用高频电路板；绝缘耐压差。,46,(2)生产原料,硅石(SiO2),升华,暗绿色多晶SiC,a-SiC,2000C,焦炭,食盐,47,(3)SiC基板的制造,真空热压法烧成（2100C）,SiC不适合制作多层电子基板！,48,(4)SiC基板的应用,多用于耐压性不成问题的低电压电路及高散热封装的基板,高速、高集成度逻辑LSI带散热结构封装实例,49,50,5、氧化铍(BeO)基板(1)BeO基板的特性BeO基板的热导率是Al2O3的十几倍，适用于大功率电路；介电常数低，又可适用高频电路。,51,52,(2)BeO基板的制造干压法：成型后，300-600C预烧，1500-1600C烧成；烧成收缩小，尺寸精度好;打孔时，孔径与孔距较难控制。问题：BeO粉尘有毒，存在环境污染问题。,第二节各类陶瓷基板,1、氧化铝基板（1）Al2O3陶瓷的基本性质（2）Al2O3晶体结构（3）Al2O3陶瓷的分类及性能（4）Al2O3陶瓷原料生产（5）Al2O3陶瓷基板制作方法（6）Al2O3陶瓷基板的应用2、莫来石基板3、氮化铝基板(1)AlN陶瓷性质(2)AlN的导热机理(3)AlN