陶瓷基板制造的技术课件

第一节第一节 陶瓷基板概论陶瓷基板概论1、陶瓷基板具备条件、陶瓷基板具备条件2、陶瓷基板的制造方法、陶瓷基板的制造方法3、流延成型工艺、流延成型工艺 4、陶瓷基板的金属化、陶瓷基板的金属化第二节第二节 各类陶瓷基板各类陶瓷基板1、氧化铝基板、氧化铝基板2、莫来石基板、莫来石基板3、氮化铝基板、氮化铝基板4、碳化硅基板、碳化硅基板5、氧化铍基板、氧化铍基板1第三章第三章 陶瓷基板制造技术陶瓷基板制造技术第一节 陶瓷基板概论1、陶瓷基板具备条件1第三章 陶瓷基板1、氧化铝基板、氧化铝基板（1）Al2O3陶瓷的基本性质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。21、氧化铝基板2l良好表面特性，提供优异平面度与平坦度；l抗震效果佳；l低曲翘度；l高温环境下稳定性佳；l可加工成各种复杂形状。3良好表面特性，提供优异平面度与平坦度；3（2）Al2O3晶体结构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；l主要有a(三方)、b(六方)、g(四方)相；la-Al2O3为高温稳定相，工业上使用最多。4（2）Al2O3晶体结构4a a-Al2O3lAl3+与O2-之间为强固的离子键；lO2-阴离子近似于密排六方排列；lAl3+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;la-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。5a-Al2O3Al3+与O2-之间为强固的离子键；5（3）Al2O3 陶瓷的分类及性能陶瓷的分类及性能6l按含量含量来分：高铝瓷：85%刚玉瓷：99%白色紫色黑色99瓷：99%95瓷：95%90瓷：90%l按颜色颜色来分：（3）Al2O3 陶瓷的分类及性能6按含量来分：高铝瓷：77（4）Al2O3 陶瓷原料生产陶瓷原料生产8Buyer法法铝矾土铝矾土 铝酸苏铝酸苏打溶液打溶液 成核剂水铝矿水铝矿 过滤、煅烧、脱水a a-Al2O3 1100-1200 CAl2O3 3H2ONaOH aq.（4）Al2O3 陶瓷原料生产8Buyer法铝矾土 铝酸苏打（5）Al2O3 陶瓷基板制作方法陶瓷基板制作方法(a)Al2O3 陶瓷成型l助烧剂 厚膜用厚膜用：Al2O3-SiO2-MgO、CaO，提高金属化层的浸润性；薄膜用薄膜用：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）。9（5）Al2O3 陶瓷基板制作方法910l粘结剂：PVB(聚乙烯醇聚丁醛树脂）l分散剂：DBP（邻苯二甲酸二丁酯）、鱼油、合成油l烧成温度：1500-1600 Cl气氛：加湿H2、H2-N2、NH3的分解混合气10粘结剂：11(b)Al2O3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11(b)Al2O3陶瓷金属化难熔金属法厚膜法薄膜法共烧法12(c)Al2O3基板表面金属化 难熔金属法难熔金属法l1938年德利风根（德）、西门子公司lMo法、Mo-Mn法、Mo-Ti法lMo-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+H2MnO+Al2O3 MnO Al2O3l此外，在表面电镀Ni、Au、Ag等，改善导体膜的焊接性能。12(c)Al2O3基板表面金属化 难熔金属法13MnO-Al2O3系相图13MnO-Al2O3系相图14中间层（MnO Al2O3）Mo-Mn焊料Ni电镀层Al2O3基板经Mo-Mn法处理的Al2O3基板焊接截面结构14中间层（MnO Al2O3）Mo-Mn焊料Ni电镀层A15（6）Al2O3 陶瓷基板的应用陶瓷基板的应用(a)混合集成电路用基板15（6）Al2O3 陶瓷基板的应用16Al2O3%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/(103kg/m3)弹性模量/105MPa比热容/(10-1kcal/kgC)tan/10-416Al2O3%抗弯强度/10M热导率/(W/mK)17l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17厚膜混合IC用基板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。18(b)LSI用基板19(c)多层电路基板IBM308X,TCM，基板：90mm 90mm,布线：共烧Mo；L：120 m19(c)多层电路基板IBM308X,TCM，20NEC,100 mm 100mm,PI布线;PI介电常数低，提高信号传输速度。20NEC,100 mm 100mm,212、莫来石基板、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；212、莫来石基板22日立公司开发莫来石用于多层电路板；导体层：W，44层22日立公司开发莫来石用于多层电路板；233、氮化铝基板、氮化铝基板（1）AlN 陶瓷性质陶瓷性质热导率高（Al2O3）热膨胀系数与Si匹配(适用高密度封装、MCM)233、氮化铝基板AlNAlN晶体结构晶体结构la=0.31 nm;c=0.498 nm;l属六方晶系，是以【AlN4】四方体为结构单元的纤维矿型；l共价键化合物；lAIN晶体呈白色或灰色；l常压下分解温度为2 2002 450；l理论密度为3.26 gcm3。24AlN晶体结构a=0.31 nm;c=0.49825(2)AlN 的导热机理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。25(2)AlN 的导热机理26lAlN的热导率理论值：320 W(mK）；实际值：200 W(mK）;lAlN主要靠声子传热，在热传输过程中，晶体中的缺陷、晶界、气孔、电子以及声子本身都会产生声子散射，从而影响A1N基板的热导率;l声子散射对热导率K的影响关系式为:K=1/3cvlc:比热容；v=声子运动速度；l:声子平均自由程26AlN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：缺点：介电常数高，不适用高频电路板；绝缘耐压差。454、碳化硅(SiC)基板46(2)生产原料生产原料硅石硅石(SiO2)升华暗绿色多晶SiCa a-SiC 2000C焦炭焦炭食盐食盐46(2)生产原料硅石(SiO2)升华暗绿色多晶SiC47(3)SiC基板的制造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！47(3)SiC基板的制造真空热压法烧成（2100C）48(4)SiC基板的应用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48(4)SiC基板的应用多用于耐压性不成问题的低电压电4949505、氧化铍、氧化铍(BeO)基板基板(1)BeO基板的特性基板的特性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。505、氧化铍(BeO)基板515152(2)BeO基板的制造基板的制造干压法：l 成型后，300-600 C预烧，1500-1600 C烧成；l 烧成收缩小，尺寸精度好;l 打孔时，孔径与孔距较难控制。l 问题：BeO粉尘有毒有毒，存在环境污染问题。52(2)BeO基板的制造第二节第二节 各类陶瓷基板各类陶瓷基板1 1、氧化铝基板、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 2、莫来石基板、莫来石基板3 3、氮化铝基板、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 4、碳化硅、碳化硅(SiC)(SiC)基板基板 (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 5、氧化铍、氧化铍(BeO)(BeO)基板基板 (1)BeO基板的特性(2)BeO基板的制造 53第二节 各类陶瓷基板1、氧化铝基板 4、碳化硅(SiC)基知识回顾知识回顾Knowledge Knowledge ReviewReview祝您成功！知识回顾Knowledge Review祝您成功！