现有陶瓷基板制造技术.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,）,Al,2,O,3,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,）,Al,2,O,3,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,)-Al,2,O,3,等,10,多种变体；,主要有,a,(,三方,),、,b,(,六方,),、,g,(,四方,),相；,a,-Al,2,O,3,为高温稳定相，工业上使用最多。,4,a,-Al,2,O,3,Al,3+,与,O,2-,之间为强固的离子键；,O,2-,阴离子近似于密排六方排列；,Al,3+,阳离子占据了,2/3,的八面体空隙位置，即每个,Al,3+,位于,6,个,O,2-,构成的八面体的中心,;,a,-Al,2,O,3,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,）,Al,2,O,3,陶瓷的分类及性能,6,按,含量,来分：,高铝瓷：,85%,刚玉瓷：,99%,白色,紫色,黑色,99,瓷：,99%,95,瓷：,95%,90,瓷：,90%,按,颜色,来分：,7,（,4,）,Al,2,O,3,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,-Al,2,O,3,1100-1200 C,Al,2,O,3,3H,2,O,NaOH aq.,（,5,）,Al,2,O,3,陶瓷基板制作方法,(a)Al,2,O,3,陶瓷成型,助烧剂,厚膜用,：,Al,2,O,3,-SiO,2,-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,Al,2,O,3,颗粒长大（,Cr,2,O,3,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：,1500-1600 C,气氛：,加湿,H,2,、,H,2,-N,2,、,NH,3,的分解混合气,11,(b)Al,2,O,3,陶瓷金属化,共烧法,厚膜法,薄膜法,难熔金属法,难熔金属法,厚膜法,薄膜法,共烧法,12,(c)Al,2,O,3,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,Al,2,O,3,基板表面，在加湿气氛高温烧成金属层。,Mn+H,2,O,MnO+H,2,MnO+Al,2,O,3,MnO Al,2,O,3,此外，在表面电镀,Ni,、,Au,、,Ag,等，改善导体膜的焊接性能。,13,MnO-Al,2,O,3,系相图,14,中间层（,MnO Al,2,O,3,）,Mo-Mn,焊料,Ni,电镀层,Al,2,O,3,基板,经,Mo-Mn,法处理的,Al,2,O,3,基板焊接截面结构,15,（,6,）,Al,2,O,3,陶瓷基板的应用,(a),混合集成电路用基板,16,Al,2,O,3,%,抗弯强度,/10M,热导率,/(W/mK),绝缘耐压,/(kV/mm),r,莫氏硬度,表观密度,/(10,3,kg/m,3,),弹性模量,/10,5,MPa,比热容,/(10,-1,kcal/kgC),tan,/10,-4,17,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,Al,2,O,3,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，,Al,2,O,3,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,;,PI,介电常数低，提高信号传输速度。,21,2,、莫来石基板,3Al,2,O,3,2SiO,2,是,Al,2,O,3,-SiO,2,体系最稳定晶相之一；,机械强度、热导率比,Al,2,O,3,低；,介电常数比,Al,2,O,3,低，有利提高传输速度；,制造、金属化方法与,Al,2,O,3,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（,Al,2,O,3,）,热膨胀系数与,Si,匹配,(,适用高密度封装、,MCM),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,晶体呈白色或灰色；,常压下分解温度为,2 200,2 450,；,理论密度为,3.26 g,cm,3,。,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：,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,(2),生产原料,硅石,(SiO,2,),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,Al,2,O,3,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。,第二节 各类陶瓷基板,1,、氧化铝基板,（,1,）,Al,2,O,3,陶瓷的基本性质,（,2,）,Al,2,O,3,晶体结构,（,3,）,Al,2,O,3,陶瓷的分类及性能,（,4,）,Al,2,O,3,陶瓷原料生产,（,5,）,Al,2,O,3,陶瓷基板制作方法,（,6,）,Al,2,O,3,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,基板的制造,(5)AlN,基板的金属化,(6)AlN,基板的应用,4,、碳化硅,(SiC),基板,(1)SiC,基板的特性,(2),生产原料,(3)SiC,基板的制造,(4)SiC,基板的应用,5,、氧化铍,(BeO),基板,(1)BeO,基板的特性,(2)BeO,基板的制造,53,