陶瓷基板制造技术.ppt

1、第1节陶瓷基板介绍，1。陶瓷基板的要求2。陶瓷基板的制造方法3。流延工艺4。陶瓷基片的金属化部分2各种陶瓷基片1，氧化铝基片2，莫来石基片3，氮化铝基片4，碳化硅基片5，氧化铍基片1。第三章陶瓷基板制造技术，1。氧化铝基底(1)氧化铝陶瓷的优异机械强度。导热性好，适合高温环境；具有抗侵蚀性和耐磨性；高电绝缘特性。2、良好的表面特性，提供优异的平整度和平整度；抗震效果好；低翘曲。在高温环境下稳定性好；它可以被加工成各种复杂的形状。(Al2O3的晶体结构有多种同质晶体。10多种变体，如A(三方)、B(六方)、G(四方)、H(等轴)、R(待定晶系)、六方、(四方)、(单斜)-Al2O 3；主要有甲(

2、三方)、乙(六方)和庚(四方)；-al2o 3是一种高温稳定相，广泛应用于工业中。-Al2O 3、Al3和O2-是强离子键。O2-阴离子近似呈紧密的六边形排列。Al3阳离子占据2/3的八面体空隙，即每个Al3位于由6个O2-组成的八面体的中心；-Al2O 3结构的填充物非常致密，其物理化学性质稳定，具有高密度和高机械强度。5，(3)Al2O3陶瓷的分类和性能，6，7，(4)Al2O 3陶瓷原料的生产，8，买方法，铝矾土，铝酸钠溶液，成核剂，勃姆石，过滤，煅烧，脱水，-Al2O 3，1100-12005，(3)Al2O3 3H2O，氢氧化钠AQ 0.2 w%氧化镁用于薄膜，获得高密度和光滑表面的

3、基材。氧化镁在烧制过程中抑制了Al2O3颗粒的生长(Cr2O3抑制了氧化镁表面的蒸发)。9，10，粘合剂：PVB(聚乙烯醇缩丁醛树脂)，分散剂：邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，鱼油和合成油，焙烧温度：1500-1600，气氛：加湿分解后的H2、H2-N2和NH3的混合物，11，(b) Al2O3陶瓷金属化共焙烧法，厚膜法，薄膜法，12(C)Al2O 3衬底表面的难熔金属金属化1938年，德国李芬根(De Lifenggen)，西门子钼法，钼锰法，钼钛钼锰法(常用) 将易形成的氧化物Mn用作第二组分，将其混合成浆料，涂覆在研磨和处理过的Al2O3基底的表面上，并在潮湿的气氛中在高温下烧结成金属层。

4、此外，镍、金、银等。以改善导体膜的可焊性。13、MnO-Al2O3体系的相图、14、用钼-锰方法处理的Al2O3衬底的焊接截面结构、15、(6)Al2O 3陶瓷衬底的应用(a)混合集成电路衬底、16、Al2O3%、17、衬底表面粗糙度、价格和与厚膜混合集成电路布线导体的结合力；常用的96wt% Al2O3基材。用于薄膜和厚膜混合集成电路的衬底厚度小于几百纳米，薄膜的物理和电性能受表面粗糙度的影响很大。确保表面光滑并覆盖玻璃釉(几十微米)。薄膜混合集成电路衬底纯度大于99%，表面粗糙度小，18。(b)通过同时烧制用于大规模集成电路的衬底的技术制成的大规模集成电路封装具有良好的气密性和高可靠性；A

5、l2O3基板具有高机械强度和导热性，在多端子、细引线间距和高散热等高密度封装中发挥着重要作用。19，(c)多层电路基板，IBM308X，TCM，基板：90毫米90毫米，布线：共烧钼；L: 120m，20，nec，100mm，100mm，pi接线；具有低介电常数，提高了信号传输速度。21，2，莫来石基体3Al2O3 2SiO2是Al2O3-SiO2体系中最稳定的晶相之一。机械强度和热导率低于Al2O3。介电常数低于Al2O3，有利于提高传输速度；制造和金属化方法与Al2O3基本相同。22，日立为多层电路板开发的莫来石；导体层：钨，44层，23，3，氮化铝基板(1)氮化铝陶瓷具有高热导率(Al2O

6、3)，热膨胀系数与硅(适用于高密度封装和多芯片组件)，氮化铝晶体结构，a=0.31纳米；c=0.498纳米；属于六方晶系，是以AlN4四方晶系为结构单元的纤维矿型。共价键化合物；氮化铝晶体为白色或灰色；常压分解温度为2 2002 450。理论密度为3.26 gcm3。(2)氮化铝的热传导机制是通过晶格或晶格振动传递热量，即通过晶格波或热波传递热量；载热声子通过相互制约和协调的结构元素(原子、离子或分子)的振动实现热传递；如果晶体是一个结构完美的非弹性体，热量可以自由地从晶体的热端传递到冷端，没有任何干涉和散射，热导率可以达到很高的值；热导率主要由晶体缺陷和声子散射控制。26，氮化铝热导率的理论

7、值：320瓦(MK)；实际值：200瓦(MK)；氮化铝主要依靠声子传热。在传热过程中，晶体中的缺陷、晶界、孔隙、电子和声子会产生声子散射，从而影响A1N衬底的热导率。声子散射和导热系数K之间的关系是： K=1/3cvl c:比热容。V=声子速度；L:声子平均自由程，27，为了提高AlN的热导率，有必要控制陶瓷的微观结构，消除晶格畸变、位错、堆垛层错和非平衡点缺陷等晶体缺陷，并尽量保证晶体的完整性；减少孔隙和第二相沉淀。氮化铝粉末的制备电子级氮化铝粉末需要高纯度和良好的烧结活性。氮化铝粉末中的杂质，尤其是氧含量，对陶瓷基体的性能有很大的影响。氧含量的增加将严重降低基底的热导率；粒度和颗粒形态是影

8、响成型和烧结条件的关键因素。(a)铝粉2Al N2 AlN的直接氮化工艺简单，已用于大规模生产；可以合成大量高纯度的氮化铝粉末，没有副反应；金属铝在660熔化，在800左右开始与N2反应。(铝在2490完全气化)强放热反应可以保证反应的顺利进行。铝粉直接氮化的缺点：放热反应强，反应过程难以控制，产品质量不稳定；制备的氮化铝粉末往往存在自烧结现象，一般很难得到颗粒细小、粒径均匀的氮化铝粉末，需要进行后处理；转化率：氮化后在铝粉表面形成的AlN层会阻碍N2扩散到铝颗粒中，阻止反应继续进行，需要很长时间才能完成反应；为了获得高纯度的氮化铝粉末，必须使用高纯度的原料，并且相应的成本也很高。(b)Al2

9、O 3:Al2O 3 n23c 2 an 13co的碳热还原方法分两步完成。3360.在第一步中，铝(g)和氧化铝(g)被碳还原产生气体中间体。第二步，氮化生成氮化铝；CaO、CaF2和Y2O3经常作为催化剂加入。有效降低活化能，提高反应速率；添加适量的过量碳不仅可以加快反应速度，提高转化率，而且有助于控制粉体团聚，获得理想的粒度分布；氮化铝粉末纯度高，成型和烧结性能好。缺点：合成温度高，反应时间长，粒径大。Al2O3: C碳热还原al2o 3(S)3C 2Al(G)3Co(G)al2o 3(S)2C(S)al2o 3(G)2Al(G)N2(G)2Al(S)或Al2O3 (G) N2 (G)

10、CO(g) Al2O3分解2Al 2 O3(S)4al(G)3o 2(G)2C(S)O2(G)2co(G)2Al(G)N2(G)2Al(G)2Al(S)CO还原Al2O3 (s) 2co (g)34岁。随着温度和NH3相对浓度的增加，氮化铝粉末的转化率和结晶度增加。(盐酸有影响)铝(C2H5)3克服了盐酸的影响，反应温度较低(400可快速反应生成高纯度氮化铝粉末)。气溶胶法适用于氮化铝粉末的连续生产。控制氮化铝颗粒的成核和生长速率非常方便，可以得到粒径一致的超细氮化铝粉末。35，(AlN衬底的制造，36，(a)用超细粉末制备衬底：在低于材料熔化温度的温度下熔化的纳米级颗粒。颗粒越小，熔化温度越

11、低。超细状态的氮化铝粉末可以在远低于其升华温度的时间烧结。它受粉末性质的影响很大。如果小粒径的氮化铝粉末没有达到一定的含量，烧结就不能在设定的温度下完成；生产大量纳米氮化铝粉末会增加生产成本；必须解决超细粉末的团聚问题，这给后续工艺如流延成型带来了一定的困难。37，(b)热压(或热等静压)烧结法：制备高性能块体AlN陶瓷材料；复杂的工艺条件不适合大规模生产；只能制造具有简单形状的陶瓷体，并且共烧基板将受到该工艺的限制，并且不能用于电子封装基板的生产。38、(c)常压烧结法：烧结助剂选择原则：在较低温度下与氮化铝颗粒表面的A12O3共溶形成液相，从而降低烧结温度；生成的液体对氮化铝颗粒具有良好的

12、润湿性，有效起到烧结作用；烧结助剂与A12O3结合力强，有利于去除氧杂质和净化氮化铝晶格。39，液相的流动性良好，并且在烧结的后期，液相流动到由氮化铝晶粒生长驱动的三角形晶粒边界，而不会在氮化铝晶粒之间形成热阻层。此外，它可以在烧结过程中从三角形晶界流向衬底表面，从而净化氮化铝的晶界；烧结助剂最好不要与氮化铝反应，否则会出现晶格缺陷，很难形成氮化铝的完整晶型。助燃剂：碱土金属或稀土金属的氧化物和氟化物，如Y2O3、CaO、CaF2等。40，低温烧结(1600-1800):近年来，为了降低能耗和成本，并使氮化铝与金属浆料共烧，氮化铝低温烧结技术的研究取得了一些成果。采用多元复合体系，烧结助剂液相

13、熔点降低。41、42，(5)氮化铝衬底的金属化；厚膜金属化；低温金属化(例如银钯导体、铜导体和金导体的金属化；高温金属化(如钼锰金属化和钨金属化)；直接键合铜金属化；氮化铝钨的共烧金属化.43，(AlN衬底的应用(1)LSI封装，44，(2)超高频带功率放大器模块，(3)大功率器件，激光二极管衬底，散热衬底结构部分，45，4，碳化硅(SiC)衬底(1) SiC衬底具有大的特征热扩散系数(铜1.1cm2/s)热膨胀系数更接近硅。缺点：介电常数高，不适合高频电路板；绝缘和耐压差。46，(2)生产原料，二氧化硅(二氧化硅)，升华，深绿色多晶SiC，a-SiC，200，焦炭，盐，47，(3) SiC衬底制造，真空热压烧结(210)，SiC不适合制造多层电子衬底！48，(4)碳化硅衬底的应用主要用于低电压电路和高散热封装，无耐压问题，以及具有散热结构的高速高集成度逻辑大规模集成电路封装，49，50，5，氧化铍(BeO)衬底(1)BeO衬底的热导率是Al2O3的十倍以上，适用于大功率电路；低介电常数，适用于高频电路。(2) BeO基板制造干压方法：成型后，在300-600预烧结，在1500-1600烧制；烧成收缩率小，尺寸精度好；钻孔时，很难控制，第2节各种陶瓷基板，1。氧化铝基片(1)氧化铝陶瓷的