几种 HTCC 高温共烧陶瓷材料介绍

科技   2024-11-01 14:25   广东  
多层陶瓷基板技术源于20世纪50年代末期美国无线电(RCA)公司的开发,现行的基本工艺技术(用流延法的生片制造技术、过孔形成技术和多层叠层技术)在当时就已被应用。其后,IBM 公司在这一技术领域居领先地位,该公司在80年代初商业化的主计算机的电路板(基板:33层和100倒装芯片粘接大规模集成电路器件)是这一技术的产物。因为这些多层基板是用氧化铝绝缘材料和导体材料(钼Mo、 钨W、钼-锰Mo-Mn)在1600℃的高温下共烧的,故而称为高温共烧陶瓷(HTCC)。

高温共烧技术基板材料有氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、莫来石、氮化硅、氧化锆等。其中,氧化锆用于氮氧传感器和固态氧化物燃料电池(SOFC)电解质等,在这里不多做介绍。
1、氧化铝

氧化铝陶瓷是一种比较成熟的微电子封装陶瓷,它由 92~96%氧化铝,外加 4~8% 的烧结助剂在1500- 1700℃下与金属导线浆料钨、钼、钼-锰等共烧而成。

氧化铝基板技术成熟,材料成本低,热导率和抗弯强度较高,与钨铜材料热膨胀匹配良好。但是,氧化铝多层陶瓷基板有下列缺点:

(1)、介电常数高,影响信号传输速度和时延的提高;

(2)、导体电阻率高,信号传输损耗较大;

(3)、热膨胀系数与硅、GaAs等相差较大,从而限制了它在巨型计算机上的应用。

2、氮化铝

氮化铝陶瓷具有高热导率、低介电常数、高强度、高硬度、无毒性、热膨胀系数与Si、SiC和GaAs等半导体材料相匹配,且具有优异的化学稳定性和耐腐蚀性能,采用氮化铝作为介质材料制备的AlN多层布线共烧基板,是大功率模块、大规模集成电路的理想散热和封装材料,在高密度、大功率多芯片组件(MCM-Multichip Module,MCM)的封装、LED封装、光通信封装以及MEMS封装等方面具有广泛的应用前景。

图 氮化铝HTCC基板,来源:艾森达

由于高导热率的AlN陶瓷一般只能在高温(1600℃以上)烧成,只能采用钨、钼等高熔点金属作为AlN的共烧导体。氮化铝基板所具有的缺点是:

(1)布线导体电阻率高,信号传输损耗较大;

(2)烧结温度高,能耗较大;

(3)氮化铝基板与钨、钼等导体共烧后,其热导率有所下降;

(4)丝网印刷的电阻器及其他无源元件不能并入高温共烧工艺,因为这些无源元件的浆料中的金属氧化物,会在该工艺的还原气氛下反应而使性能变坏;

(5)外层导体必须镀镍镀金保护其不被氧化,同时增加表面的电导率并提供能够进行线焊和锡焊元器件贴装的金属化层。

(6)与低温共烧陶瓷介质材料相比,氮化铝介电常数较高,影响传输速率。

3、莫来石

莫来石的介电常数为 7.3- 7.5,而96%氧化铝的介电常数为 9.4,高于莫来石,所以莫来石的信号传输延迟时间可比氧化铝小17%左右,并且,莫来石的热膨胀系数与硅很接近,所以这种基板材料得到了快速发展。

例如日立、Shinko 等公司均开发了莫来石多层陶瓷基板,并且其产品具有良好的性能指标。不过莫来石基板的布线导体只能采用钨、镍、钼等, 电阻率较大而且热导率低于氧化铝基板。

4、氮化硅

氮化硅陶瓷具有高温稳定性、高强、高硬、高断裂韧性、良好的热导率、与芯片相匹配的热膨胀系数和优异的绝缘性能等优势特点。其热导率优于氧化铝陶瓷,力学性能比氧化铝陶瓷和氮化铝陶瓷更具有优势,是一种极具潜力的高温共烧陶瓷基板替代材料,在大功率电子器件中具有较好的应用前景。目前国内外Si3N4与金属高温共烧领域的研究较少。

氮化硅陶瓷与金属接合需要解决以下重要问题:

(1)需要有适当的界面反应形成牢固接合;

(2)减小Si3N4与金属之间因热物理性能不匹配而产生的残余应力。

电子封装用陶瓷材料因其良好的导热、介电、力学等综合性能,广泛应用于电子通讯、人工智能、航空航天、军工等领域,根据陶瓷材料各自的性能与特点,应用领域也各有差别。

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推荐活动:【邀请函】第二届陶瓷封装产业论坛(11月22-23日·石家庄)
第二届陶瓷封装产业论坛
The 2nd Ceramic Packages Industry Forum

2024年11月22-23日

河北·石家庄
河北翠屏山迎宾馆
HeBei Cuipingshan Guesthouse

地址:石家庄市鹿泉区迎宾馆街8号

一、会议议程


会议签到

11月21日

14:00-18:00

会议签到

11月22日

07:30-08:45

会议签到

会议报告

会主席兼报告嘉宾主持人杉 研究员 中国电子科技集团公司第13研究所

11月22日

时间

演讲主题

演讲嘉宾

08:45-09:00

开场

艾邦创始人 江耀贵

09:00-09:30

系统级封装(SiP)用陶瓷基板技术研发与产业化

华中科技大学 教授/武汉利之达科技 创始人 陈明祥

09:30-10:00

超快激光AOD技术颠覆HTCC/LTCC精密钻孔

德中(天津)技术 战略发展与市场总监 张卓

10:00-10:30

茶歇

10:30-11:00

厚薄膜混合型HTCC工艺技术的开发

六方钰成 董事长 刘志辉

11:00-11:30

高可靠封装的机遇与挑战

睿芯峰 副总经理 陈陶

11:30-12:00

电子封装陶瓷基板流延成型工艺及装备

河北东方泰阳 总经理 吴昂

12:00-13:30

午餐

13:30-14:00

基于陶瓷材料在半导体器件封装技术领域的应用

北京大学东莞光电研究院 郑小平 研究员/项目总监

14:00-14:30

B-Stage胶与芯片等温空腔封装工艺设备及其特点

佛大华康 高级工程师 刘荣富

14:30-15:00

薄膜技术在电子封装中的应用

七星华创微电子 工程师 任凯

15:00-15:30

Ceramic seed layer metallization 陶瓷种子层金属化工艺技术

友威科技 经理 林忠炫

15:30-16:00

茶歇

16:00-16:30

无铅玻璃浆料在陶瓷和半导体封接中的应用

上海越融科技 总经理 崔炜 博士

16:30-17:00

高性能氮化硅陶瓷产业技术和应用发展现状

中材高新氮化物陶瓷 首席专家 张伟儒

17:00-17:30

信诺超分散剂在粉体材料纳米化及氮化硅陶瓷浆料中的应用

嘉智信诺 董事长 陈永康

17:30-18:00

高品质氮化硅粉体燃烧合成技术新进展

中国科学院理化技术研究所/中科新瓷 高级工程师/总经理 杨增朝

18:00-21:00

答谢晚宴

11月23日

时间

演讲主题

演讲嘉宾

09:00-09:30

传感器技术的发展及陶瓷封装的应用趋势

郑州中科集成电路与系统应用研究院 先进封测中心主管 周继瑞

09:30-10:00

钙钛矿型铁电介质陶瓷开发及应用电子科技大学 唐斌 教授

10:00-10:30

陶瓷材料的玻璃连接工艺及机理研究长春工业大学 副院长 朱巍巍

10:30-11:00

封接玻璃粉的开发与应用天力创 项目经理 于洪林

11:00-11:30

集成电路陶瓷封装外壳仿真设计电子科技大学 研究员 邢孟江

11:30-13:30

午餐

赞助&参会报名请联系李小姐:18124643204(同微信)


赞助及支持企业:

二、报名方式

方式一:加微信

李小姐:18124643204(同微信)

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注意:每位参会者均需要提供信息
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