现有陶瓷基板制造技术

1、1,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,第三章 陶瓷基板制造技术,2,1、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。,3,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。,4,（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(

2、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。,5,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。,6,（3）Al2O3 陶瓷的分类及性能,7,8,（4）Al2O3 陶瓷原料生产,Buyer法,成核剂,过滤、煅烧、脱水,1100-1200 C,A

3、l2O3 3H2O,NaOH aq.,9,（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：0.2 w% 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）。,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： 1500-1600 C 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

4、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。,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

5、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：90mm 90mm, 布线：共烧Mo； L：120 m,20,NEC, 100 mm 100mm, PI布线

6、; PI介电常数低，提高信号传输速度。,21,2、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；,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),24,AlN晶体结构,a = 0.31 nm; c = 0.498 nm; 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

7、白色或灰色； 常压下分解温度为2 2002 450； 理论密度为3.26 gcm3。,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：320 W(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,

8、(2) 生产原料,升华,2000C,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，300-600 C预烧，1500-1600 C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。,53,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 粉的制备 (4) AlN