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電子原件封接的技術發展與市場前景

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電子原件封接的技術發展與市場前景

【摘要】:
低溫共燒陶瓷(LTCC)技術是近年來發展起來的令人矚目的整合組件技術,代表了電子元器件小型化、高頻化、集成化和低成本化的發展方向,目前已成為無源集成的主流實現方案。

低溫共燒陶瓷(LTCC)技術是近年來發展起來的令人矚目的整合組件技術,代表了電子元器件小型化、高頻化、集成化和低成本化的發展方向,目前已成為無源集成的主流實現方案。

 

 

(陶瓷電路基板)

其技術路線為:根據設計結構,采用低溫燒結陶瓷材料,流延制為生瓷帶;利用打孔、注漿、精密印刷等工藝在瓷帶上制備電路圖形,并內埋被動組件;內外電極可使用Au、Ag、Cu等高導低燒金屬;多層疊壓后,溫度低于900℃下共燒,制成三維空間互不干擾的高密度電路基板;表面可貼裝IC和有源器件,并形成多種空腔結構;形成無源器件或無源/有源集成功能模塊。

 

LTCC陶瓷的成分組成是決定其物化特性、電性能的關鍵因素。目前LTCC用陶瓷材料主要有三大類:玻璃/陶瓷復合體系、微晶玻璃體系和非晶玻璃體系。玻璃/陶瓷復合體系、微晶玻璃體系是其中研究的重點。

 

 

 

AlN/玻璃復合體系

 

AlN/玻璃復合體系是在玻璃體系中加入AlN。AlN具有優異的電性能和熱性能,是一種非常有發展前途的高導熱陶瓷,添加AlN對提高熱導有明顯的作用。舉例如下:

 

1)AlN+SiO2-B2O3-PbO+LiF+堿金屬/堿土金屬氧化物

 

其中,堿金屬/堿土金屬氧化物為K2O、Na2O、Li2O、CaO,LiF為燒結助劑,可以有效降低玻璃液相的黏度,該體系在950~1000℃下熱壓燒結(18~25MPa)。AlN陶瓷的熱導率約為Al2O35~10倍,以AlN取代Al2O3制備AlN基復相材料可以得到較好的導熱性能,該體系熱導率最高可達11w/m·K。

 

2)AlN+SiO2-B2O3-ZnO-Al2O3-Li2O

 

850~1050℃下熱壓燒結。εr=3.7~6.1,tanδ=0.002~0.004GHz,TEC為1.8~3.7×10-6/℃,室溫下熱導率為4.69~11.56w/m·K。該體系的特點是熱導率高,可以在更大功率器件、更高密度封裝中使用,同時具有較好的介電性能和熱膨脹系數。

 

硼硅酸鹽+陶瓷體系

 

1)陶瓷+Bi2O3-B2O3-SiO2+助熔劑

 

可加入的陶瓷有:Al2O3、TiO2、CaO等,助熔劑為:Li2CO3、CaF2、LiF,燒結溫度小于700℃,燒結收縮率在0~20%可控。εr=5~20,tanδ<0.002GHz,可應用于高頻電路、可集成化陶瓷基板和微電子封裝材料等領域。

 

 

2)ZnO-TiO2+ZnO-B2O3-SiO2

 

微波介質陶瓷材料。鋅硼硅玻璃為助熔劑,體系燒結溫度小于900℃,可與銀電極共燒。負τf的鋅硼硅玻璃與正τf的TiO2結合,可調整τf到接近零。材料的τf=0±10ppm/℃,εr=24~35.3,Q·f達13000GHz。

 

3)SiO2-B2O3-Al2O3+堿土金屬氧化物+陶瓷

 

堿土金屬氧化物以SrO為主,陶瓷為Al2O3、TiO2、堇青石、莫來石中的2~3種,體系燒結溫度在850~950℃。εr>10(1.9GHz),TEC為5.9~6.4×10-6/℃(50~300℃)。作為多層配線板基板材料時,調節堇青石或莫來石的含量,可以將基板材料中的層間線性熱膨脹系數差控制為不大于0.25×10-6/℃。

 

 

 

堇青石玻璃體系

 

MgO-Al2O3-SiO2+助熔劑+改性劑

 

MgO-Al2O3-SiO2+助熔劑+改性劑體系微晶玻璃的主晶相為堇青石,機械強度較高,介電性能優良,熱穩定性和抗熱沖擊性能良好,一個顯著的特點是其與銅導體在氮氣中共燒時穩定,因此受到了國內外研究者的廣泛關注。

 

                    微晶面板生活廚具

硅鋁玻璃體系

 

CaO-Al2O3-SiO2、BaO-Al2O3-SiO2、Li2O-Al2O3-SiO2等。

 

CaO和SiO2含量比的增加降低了玻璃的析晶活化能和燒結溫度,但增加了樣品的介電常數、介電損耗和熱膨脹系數。所制備的微晶玻璃燒結溫度≤1000℃,εr≤7.5,tanδ≤0.0005,TEC≤4.3×10-6/℃,有望用于低溫共燒陶瓷基板材料。

 

鈣硼硅玻璃體系

 

1)CaO-B2O3-SiO2-ZnO-P2O5+稀土氧化物

 

稀土:Y、La、Sm、Gd等,采用溶膠-凝膠法,燒結溫度750~950℃。所制備的微晶玻璃陶瓷材料具有優良的化學均勻性和材料純度均勻性,以及良好的性能重復性。

 

2)CaO-SiO2-B2O3+SiO2-B2O3-Na2O-K2O-Li2O

 

用該材料制備的127μm的LTCC生帶表面平整、光滑,可在850℃左右燒結。εr=5~7,tanδ<0.02GHz。

 

3)CaO-B2O3-SiO2-ZnO-P2O5

 

         微晶面板性能良好

 

B2O3可以降低玻璃的高溫黏度,降低燒結溫度;ZnO-P2O5的添加降低了燒結溫度,促進晶體形核生長。該體系燒結溫度為750~850℃。εr=4.9~5.5,tanδ=0.001~0.0025MHz。

 

高介電常數體系

 

1)Li2O-Nb2O5-TiO2+低熔點氧化物

 

低熔點氧化物:B2O3、B2O3-ZnO、B2O3-CuO、Li2O-V2O5,該體系原燒結溫度1100℃,添加少量低熔點氧化物后燒結溫度下降到900℃。εr=32~52,Q·f和τf較小。

 

2)Bi3x-yLayZn2-2x-mAmNb2-x-nBnO7

 

微波介質陶瓷,材料的晶體結構和相組成簡單。A=K1+、Li1+、Ba2+等,B=Mn4+、Ti4+、Ta5+等,燒結溫度900~1000℃。εr=80~150,tanδ<0.0003,絕緣電阻ρV≥1012Ω·cm,抗電強度Eb≥10kV/mm。

 

3)(Bi3xM2-3x)(ZnxNb2-x)O7

 

M=Zn、Ca、Cd、Sr,燒結溫度900~1020℃。為低損高介的微波介質陶瓷,εr=70~150,tanδ<0.0006,絕緣電阻ρV≥1013Ω·cm,Q·f=1000~6000GHz,τf=-50~-80,介電常數溫度系數覆蓋范圍寬,為-300~+60ppm/℃,且在-55~125℃的范圍內可以根據材料組成調節。

 

4)BaCO3-ZnO-TiO2+助燒劑

 

微波介質陶瓷,助燒劑為Li2O-ZnO-B2O3玻璃或者BaCu(B2O5)。通過傳統的固相反應合成,材料燒結溫度在900℃以下。具有較好的微波介電性能:εr=25~35,Q·f>12000,τf=-10~+30ppm/℃;材料工藝穩定,重復性好;能與銀電極得到較好的共燒匹配

 

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