低溫共燒陶瓷——一種理想的微波材料

發(fā)布時(shí)間:2008/6/5 0:00:00 訪問次數(shù):412

李泊1, 潘鳳娥2

1. 河北半導(dǎo)體研究所, 河北石家莊 050051；2. 青島遠(yuǎn)洋船員學(xué)院機(jī)電系，山東青島 266071 )

摘要：重點(diǎn)介紹了目前l(fā)tcc技術(shù)狀態(tài)，mcm封裝技術(shù)的發(fā)展，及低溫陶瓷性能。使用au, ag, cu等較低電阻率金屬材料作導(dǎo)電材料，可以極大地降低插入損耗，并且介電常數(shù)比高溫共燒陶瓷(htcc) 低，因此可以提高微波信號(hào)傳輸速率，減小信號(hào)延遲時(shí)間。在提高材料性能方面提出了一些建議和方法。

關(guān)鍵詞：低溫共燒陶瓷；插損；延遲時(shí)間；微波性能

中圖分類號(hào)：tb34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： a 文章編號(hào)：1003-353x(2003)11-0071-05

1 引言

在陶瓷基片多芯片組件（mcm-c）的基板制造及封裝中，al2o3瓷已得到了成功使用，但隨著工作頻率的增加，組件對(duì)材料的物理及電性能的要求不斷提高，al 2o3微波性能已影響了它在高速數(shù)字電路及高頻微波電路信號(hào)中的傳輸，而低溫共燒陶瓷（ltcc）已成為微波mcm理想材料。

mcm技術(shù)領(lǐng)域主要集中在不同的封裝技術(shù)上，如疊層多芯片組件（mcm-l）技術(shù)、淀積薄膜多芯片組件技術(shù)（mcm-d）和陶瓷多芯片組件技術(shù)。另外，近幾年發(fā)展起來的三維（3d）多芯片組件技術(shù)也得到相當(dāng)關(guān)注。

ltcc技術(shù)是陶瓷領(lǐng)域的一個(gè)分支，在高頻微波以及高速數(shù)字電路方面具有一定的優(yōu)點(diǎn)。

2 ltcc技術(shù)簡(jiǎn)介

ltcc的工藝設(shè)備及流程與高溫共燒陶瓷（htcc）沒有太大的區(qū)別，它的工藝流程如圖1。不同之處主要有：陶瓷粉配料不同，采用的金屬化材料不同，在燒結(jié)氣氛上控制更為方便，燒結(jié)溫度更低等。

漿料的組分包括粘結(jié)劑、溶劑、增塑劑及潤(rùn)濕劑等。在選擇粘結(jié)劑時(shí)需重點(diǎn)考慮的是粘結(jié)劑系統(tǒng)的熱解行為。粘結(jié)劑種類較多，如聚乙烯醇縮丁醛（pvb）、聚甲基丙烯醇酸甲脂（pmma）等，但不管選用哪一種都要求在排膠期間（常在220～450℃）能干凈地分解完，盡可能減少殘余碳的存在。如果碳含量超過100ppm，將會(huì)嚴(yán)重影響介質(zhì)的擊穿電壓，甚至影響基板的致密度和抗彎強(qiáng)度。

陶瓷粉的比例是決定材料物理性能及電性能的關(guān)鍵因素[1]。為了使材料具有不同的性能，其配比也是不一樣的，主要有硼硅酸玻璃/填充物系統(tǒng)、玻璃/氧化鋁系統(tǒng)、玻璃/莫來石系統(tǒng)等。其中的添加劑主要是用來改善陶瓷的抗彎強(qiáng)度、熱導(dǎo)率等，但要求填充物在燒結(jié)時(shí)能與玻璃形成較好的浸潤(rùn)。表1 是kyocea公司的硼硅酸玻璃陶瓷組分及相對(duì)應(yīng)的材料介電常數(shù) [2]。

另外，對(duì)于玻璃/氧化鋁系統(tǒng)，為了降低介電常數(shù)，在氧化鋁中加入低介電常數(shù)的玻璃成分，它們的比例大約是50︰50。ibm公司的玻璃/陶瓷組分如表2 [3]。

現(xiàn)許多公司都以卷的形式提供商用ltcc生瓷流延片，并提供與之收縮率和材料相匹配的金屬化膏。一些公司材料性能如表3。

一旦各層金屬化線條和層間互連小孔金屬化都作好了，用合適的模具定位并按順序疊起來，在一定的溫度和壓力下進(jìn)行層壓，形成一個(gè)整體，然后在800～900℃下進(jìn)行共燒形成致密的完整的基板或管殼。由于元器件直接安裝在管殼表面（不是安裝在分離的陶瓷基板上，然后還需安裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的管殼內(nèi)與外引線鍵合），因此減小了額外的引線鍵合并提高了可靠性，對(duì)于mcm應(yīng)用是很理想的。

在燒結(jié)過程中，流延帶在x和 y軸方向有12%～16%在z軸有15%左右的收縮率。假如有對(duì)應(yīng)的金屬化和較好的工藝穩(wěn)定性，收縮率是可以達(dá)到一致的，但是對(duì)于有的系統(tǒng)，要求制作時(shí)需要較小的收縮率誤差。燒結(jié)氣氛一般不需像aln ,al2o3那樣嚴(yán)格控制，除非金屬化是采用需要保護(hù)的cu等材料，因此成本較低，工藝簡(jiǎn)單。

3 低溫共燒陶瓷材料的特點(diǎn)

3.1 可制作精細(xì)線條和線間距

在ltcc技術(shù)中，厚膜印刷工藝很容易達(dá)到 0.15mm，并且0.1mm的線條和間距也已做到并得到應(yīng)用。假如需要更細(xì)