原创 原材料陶瓷基板的金属化及种类

一、陶瓷基板的性质

1、机械性质：(电路布线的形成)

a.有足够高的机械强度，除搭载元器件外，也能作为支持构件使用；

b.加工性好，尺寸精度高，容易实现多层化；

c.表面光滑，无翘曲、弯曲、微裂纹等；

2、电学性能:

a.绝缘电阻及绝缘破坏电压高；

b.介电常数低、介电损耗小；

c.在温度高、湿度大的条件下性能稳定，确保可靠性；

3、热学性质：

a.热导率高；

b.热膨胀系数与相关材料匹配(特别是与Si的热膨胀系数要匹配) ；

c. 耐热性优良。

4、其他性质:

a.化学稳定性好、容易金属化、电路图形与之附着力强；

b.无吸湿性、耐油、耐化学药品、a射线放出量小；

c.所采用的物质无公害、无毒性、在使用温度范围内晶体结构不变化; d.原材料资源丰富、技术成熟、制造容易、价格低。

二、陶瓷基板的制作方法：

陶瓷烧成前典型的成形方法有下述四种:粉末压制成形(模压成形、等静压成形)、挤压成形、流延成形、射出成形。其中流延成形法由于容易实现多层化且生产效率较高，近年来在LSI封装及混合集成电路用基板的制造中多被采用。常见的三种工艺路线如下：

1.叠片—热压一脱脂一基片烧成一形成电路图形- -电路烧成；

2.叠片一表面印刷电路图形一热压—脱脂一共烧；

3.印刷电路图形一叠层一热压- -脱脂一共烧。

三、陶瓷基板的金属化：

a.厚膜法：厚膜金属化法，是在陶瓷基板上通过丝网印刷形成导体(电路布线)及电阻等，经烧结形成电路及引线接点等; ( 常见的玻璃粘接剂有玻璃系、氧化物系和玻璃与氧化物混合系)；

b.薄膜法：采用真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜等真空镀膜法进行金属化，由于为气相沉积法，原则上讲无论任何金属都可以成膜，无论对任何基板都可以进行金属化，但是金属膜层与陶瓷基板的热膨胀系数应尽量-致，而且应设法提高金属化层的附着力；

c.共烧法：在烧成前的陶瓷生片上，丝网印刷Mo、W等难熔金属的厚膜浆料，一起脱脂烧成，使陶瓷与导体金属烧成为-体的结构， 此方法具有以下特性：

■可以形成微细的电路布线，容易实现多层化，从而能实现高密度布线；

■由于绝缘体与导体作成- -体化结构，可以实现气密封装；

■通过成分、成形压力、烧结温度的选择，可以控制烧结收缩率，特别是平面方向零收缩率基板的研制成功为其在BGA、CSP、裸芯片等高密度封装方面的应用创造了条件。

四、陶瓷基板的种类：

1、氧化铝基板：

a.原料: A1203 原料的典型制造方法是Buyer法，在这种方法中原材料采用铝矾土(水铝矿/一水软铝石以及相应的化合物) ；

b.制作方法: A1203 陶瓷的成形一般采用生片叠层法，粘接剂一-般采用聚乙烯醇聚J醛(PVB)数字，烧成温度因添加的助烧剂不同而异，通常为1550~ 1600C。A1203基板的金属化方法目前主要采用厚膜法及共烧法、从使用的浆料到工艺技术都比较成熟，目前可满足各方面应用的要求；

c.应用:混合集成电路用基板、LSI封装用基板、多层电路基板。

2、莫来石基板

莫来石基板(3 A1203. 2Si02) :是A1203-Si02二元系中最稳定的晶相之一， 与A1203相比虽然机械强度和热导率要低---些，但其介电常数低，因此可望能进一步提高信号传输速度。其热膨胀系数也低，可减小搭载LSI的热应力，而且与导体材料Mo、W的热膨胀系数的差也小，从而共烧时与导体间出现的应力低。

3、氮化铝基板：

a.原料: AIN 为非天然存在而是一种人造矿物，于1862年由Genther等人最早合成。AlN粉末的代表性制作方法是还原氮化法和直接氮化法，前者以A1203为原料，通过高纯碳还原，再与氮气反应形成，后者直接是Al粉末与N2发生反应进行直接氮化；

b.制造方法: A1203 基板制造的各种方法都可用于AIN基板的制造，其中用得最多的是生片叠层法，即将AIN原料粉末、有机粘接剂及溶剂、表面活性剂混合制成陶瓷浆料，经.流延、叠层、热压、脱脂、烧成制得；

c. AIN基板的特性: AIN 的热导率为A1203的10倍以上，CTE与硅片相匹配，AIN 材料相对与A1203来说，绝缘电阻、绝缘耐压要高些，介电常数更低些，这些特点对于封装基板应用来说是十分难得的；

d.应用:用于VHF(超高频)频带功率放大器模块、大功率器件及激光二极管基板等。

4、碳化硅基板：

a.原料：SiC 不是天然产生而是由人工制造的矿物，由硅石、 焦炭及少量食盐以粉末状混合，用石墨炉将其加热到2000°C以上发生反应，生成a -SiC,再通过升华析出，可得到暗绿色块状的多晶集合体；

b.制造方法：SiC 的化学稳定性及热稳定性都非常好，采用普通方法烧成难以达到致密化，因此需要添加烧结助剂并采用特殊方法烧成，通常采用真空热压法烧成；

c. SiC基板的特性：其最具特色的性质是，与其他材料相比，其热扩散系数特别大，甚至比铜还大，而且其热膨胀系数与Si更为接近。当然它也存在一些缺点，相对而言其介电常数高、绝缘耐压要差一些；

d.应用：对于碳化硅基板，扬长避短，多用于耐压性不大存在问题的低电压电路及VLSI高散热封装的基板，例如高速、高集成度逻辑LSI带散热机构封装、在超大型计算机、光通信用激光二极管的基板应用等。

5、氧化铍基板(Be0)：

其导热率是A1203的十几倍，适用于大功率电路，而且其介电常数又低，可用于高频电路。Be0 基板基本上采用干压法制作，此外也可在其中添加微量的MgO及A1203等利用生片法制作Be0基板。由于Be0粉末的毒性，存在环境问题，在日本不允许生产Be0基板，只能从美国进口。