第四章微電子封裝的基板技術(shù)(2)

1、 4.1 概論概論 4.2 基板分類基板分類 4.3 有機基板有機基板 4.4 陶瓷基板陶瓷基板 4.5 低溫共燒陶瓷基板低溫共燒陶瓷基板 4.6 其他類型的無機基板其他類型的無機基板 4.7 復(fù)合基板復(fù)合基板4.5 低溫共燒陶瓷基板低溫共燒陶瓷基板(LTCC) 1. 概述概述 前面討論的前面討論的氧化鋁、莫來石、氮化鋁和氧化鈹氧化鋁、莫來石、氮化鋁和氧化鈹?shù)鹊然?，由于其燒結(jié)溫度在基板，由于其燒結(jié)溫度在1500-1900 0C，圖形布線，圖形布線若采用同時燒成法，則導(dǎo)體材料只能選擇若采用同時燒成法，則導(dǎo)體材料只能選擇難容金屬難容金屬Mo和和W等；為了防止其氧化，需要在等；為了防止其氧化，需要

2、在氮等保護性氣氮等保護性氣氛及氫等還原性氣氛中氛及氫等還原性氣氛中燒成，這樣勢必造成一系列燒成，這樣勢必造成一系列難解決的問題。難解決的問題。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：主要體現(xiàn)在以下幾個方面： (1)共燒需要在還原性氣氛中進行，共燒需要在還原性氣氛中進行，增加工藝難度增加工藝難度，燒結(jié)溫度過高，需要采用燒結(jié)溫度過高，需要采用特殊燒結(jié)爐特殊燒結(jié)爐； (2)由于由于Mo和和W本身的本身的電阻率較高電阻率較高，布線電阻大，布線電阻大，信號傳輸容易造成失真，增大損耗、布線細化受到信號傳輸容易造成失真，增大損耗、布線細化受到了限制；了限制； (3)介質(zhì)材料的介質(zhì)材料的介電常數(shù)都偏大介電常數(shù)都偏大，因此會增

3、大信號傳，因此會增大信號傳輸延遲時間，特別不適用于超高頻電路；輸延遲時間，特別不適用于超高頻電路； (4) 氧化鋁的熱膨脹系數(shù)與氧化鋁的熱膨脹系數(shù)與Si的熱膨脹系數(shù)的熱膨脹系數(shù)相差太相差太大大，若用于裸片實裝，則熱循環(huán)過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)，若用于裸片實裝，則熱循環(huán)過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力不易解決。力不易解決。 2. 低溫共燒陶瓷低溫共燒陶瓷 為了解決上述問題，開發(fā)了為了解決上述問題，開發(fā)了玻璃與陶瓷混合共玻璃與陶瓷混合共燒燒的低溫共燒陶瓷基板的低溫共燒陶瓷基板(low temperature co-fired ceramic substrate), 其燒結(jié)溫度在其燒結(jié)溫度在900 0C左左右，導(dǎo)線布線材

4、料采用右，導(dǎo)線布線材料采用電阻率低的電阻率低的Au、Ag、Ag-Pt、Cu等，可實現(xiàn)等，可實現(xiàn)微細化布線微細化布線，其中貴金屬漿料，其中貴金屬漿料可在大氣中燒成?？稍诖髿庵袩伞?特別是共燒基板材料的特別是共燒基板材料的介電常數(shù)較低介電常數(shù)較低；熱膨脹；熱膨脹系數(shù)通過系數(shù)通過調(diào)整材料成分及結(jié)構(gòu)調(diào)整材料成分及結(jié)構(gòu)可以與可以與Si的熱膨脹的熱膨脹系數(shù)接近，而且容易實現(xiàn)多層化；具有系數(shù)接近，而且容易實現(xiàn)多層化；具有足夠強的足夠強的機械強度機械強度。 而且而且LTCC制造工藝的發(fā)展趨勢是制造工藝的發(fā)展趨勢是小孔，細線和小孔，細線和高布線密度高布線密度； 另外，另外，LTCC材料的發(fā)展方向是材料的發(fā)展方

5、向是開發(fā)成本更低、開發(fā)成本更低、性能更高的新型生瓷帶系統(tǒng)性能更高的新型生瓷帶系統(tǒng)，以及，以及零收縮生瓷帶和零收縮生瓷帶和用于高頻的低損耗生瓷帶用于高頻的低損耗生瓷帶。 近年來，近年來，LTCC基板發(fā)展很快，在基板發(fā)展很快，在高性能封裝高性能封裝、高速高速MCM封裝封裝，以及，以及BGA、CSP等高密度封裝等高密度封裝中中應(yīng)用越來越多。應(yīng)用越來越多。 因此，低溫共燒陶瓷技術(shù)具有一系列的優(yōu)點。因此，低溫共燒陶瓷技術(shù)具有一系列的優(yōu)點。 主要體現(xiàn)在以下幾個方面：主要體現(xiàn)在以下幾個方面： (1)陶瓷材料具有陶瓷材料具有優(yōu)良的高頻優(yōu)良的高頻Q特性特性，使用頻率可高，使用頻率可高達幾十達幾十GHz； (2)

6、使用使用電導(dǎo)率高的金屬材料作為導(dǎo)體材料電導(dǎo)率高的金屬材料作為導(dǎo)體材料，有利，有利于提高電路系統(tǒng)的品質(zhì)因子；于提高電路系統(tǒng)的品質(zhì)因子； (3)可以制作可以制作線寬小于線寬小于50um的精細結(jié)構(gòu)電路的精細結(jié)構(gòu)電路； (4)可適應(yīng)可適應(yīng)大電流及耐高溫特性要求大電流及耐高溫特性要求，并具備比普，并具備比普通通PCB電路基板更優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性；電路基板更優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性； (5)具有具有較好的溫度特性較好的溫度特性，如較小的熱膨脹系數(shù)，如較小的熱膨脹系數(shù)，較小的介電常數(shù)和溫度系數(shù)；較小的介電常數(shù)和溫度系數(shù)； (6)可以制作可以制作層數(shù)很高的電路基板層數(shù)很高的電路基板，并可將多個無，并可將多個無源元件埋入其中

7、，有利于提高電路的組裝密度；源元件埋入其中，有利于提高電路的組裝密度； (7)能能集成的元件種類多、參量范圍大集成的元件種類多、參量范圍大，除，除R、L、C外，還可以將外，還可以將MEMS器件、敏感元件、器件、敏感元件、EMI抑制抑制元件、電路保護元件等元件、電路保護元件等集成在一起；集成在一起； (8)可以在層數(shù)很高的可以在層數(shù)很高的三維電路基板三維電路基板上，用多種方上，用多種方式鍵連式鍵連IC和各種有源器件，實現(xiàn)無源和各種有源器件，實現(xiàn)無源/有源集成；有源集成； (9)可靠性高，耐高溫、高濕、沖振，可用于惡劣可靠性高，耐高溫、高濕、沖振，可用于惡劣環(huán)境；環(huán)境； (10)非連續(xù)式的生產(chǎn)工藝

8、非連續(xù)式的生產(chǎn)工藝，允許對生坯基板進行檢，允許對生坯基板進行檢查，從而提高成品率，降低生產(chǎn)成本；查，從而提高成品率，降低生產(chǎn)成本； (11)可可采高導(dǎo)電材料進行多層金屬化布線采高導(dǎo)電材料進行多層金屬化布線。 3. LTCC基板應(yīng)具有的性能基板應(yīng)具有的性能 低溫共燒陶瓷多層基板低溫共燒陶瓷多層基板，顧名思義，應(yīng)具有的，顧名思義，應(yīng)具有的最重要性能應(yīng)該是，在兼顧其他性能的基礎(chǔ)上，最重要性能應(yīng)該是，在兼顧其他性能的基礎(chǔ)上，能做到能做到低溫?zé)傻蜏責(zé)伞?那么，多高的溫度算低溫呢？電阻率比較低的那么，多高的溫度算低溫呢？電阻率比較低的金屬金屬Ag、Au、Cu等，其熔點都在等，其熔點都在1100 0C以

9、下以下，一般以此作為低溫的標(biāo)準(zhǔn)。若利用共燒法制作多一般以此作為低溫的標(biāo)準(zhǔn)。若利用共燒法制作多層板，則層板，則基板的燒結(jié)溫度必須能控制在基板的燒結(jié)溫度必須能控制在850-950 0C。 由于由于采用采用Ag、Au、Cu等低電阻率材料等低電阻率材料，電路，電路圖形可以做到圖形可以做到更加微細更加微細，便于高密度布線。，便于高密度布線。 為適應(yīng)高速電路的要求，必須為適應(yīng)高速電路的要求，必須降低信號延遲時間降低信號延遲時間，即必須即必須降低介質(zhì)材料的介電常數(shù)降低介質(zhì)材料的介電常數(shù)。 另外，在另外，在MCM中由于中由于采用大尺寸采用大尺寸LSI芯片的裸芯片的裸芯片芯片實裝，實裝工程及實際工作狀態(tài)都處于實

10、裝，實裝工程及實際工作狀態(tài)都處于熱循環(huán)熱循環(huán)中中。因此，為確保。因此，為確保焊接部位的可靠性并保護芯片焊接部位的可靠性并保護芯片，基板材料必須做到與基板材料必須做到與LSI芯片的熱膨脹系數(shù)盡量接芯片的熱膨脹系數(shù)盡量接近近。 再者，在基板組裝，實裝等工程中會承受各種再者，在基板組裝，實裝等工程中會承受各種各樣的各樣的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力機械應(yīng)力和熱應(yīng)力，因此材料也必須有，因此材料也必須有足夠足夠的強度的強度。 綜合起來，對綜合起來，對LTCC基板的主要要求如下：基板的主要要求如下： (1)燒成溫度必須能控制在燒成溫度必須能控制在950 0C下；下； (2)介電常數(shù)要低；介電常數(shù)要低； (3)熱膨脹系

11、數(shù)要與搭載芯片的熱膨脹系數(shù)相接近；熱膨脹系數(shù)要與搭載芯片的熱膨脹系數(shù)相接近； (4)有足夠的機械強度；有足夠的機械強度； 4. LTCC種類與特點種類與特點 為了實現(xiàn)上述玻璃基板的性能，研究開發(fā)了各種為了實現(xiàn)上述玻璃基板的性能，研究開發(fā)了各種各樣的組合系統(tǒng)，下面針對幾種各樣的組合系統(tǒng)，下面針對幾種現(xiàn)正開發(fā)或已到達現(xiàn)正開發(fā)或已到達實用化實用化的的玻璃陶瓷基板系統(tǒng)材料的種類和特性玻璃陶瓷基板系統(tǒng)材料的種類和特性作簡作簡要的介紹。要的介紹。 (1)硼硅酸鉛玻璃硼硅酸鉛玻璃-Al2O3 系系 由由硼硅酸鉛晶化玻璃硼硅酸鉛晶化玻璃(質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)45%)和和Al2O3 (質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)量分?jǐn)?shù)55%)組成的

12、組成的玻璃陶瓷粉末玻璃陶瓷粉末在在850-950 0C以下以下燒成。其中，燒成。其中，930 0C左右燒成材料的左右燒成材料的最大彎曲強度最大彎曲強度為為350MPa，與與Al2O3不相上下不相上下 。 一般認(rèn)為，高強度的原因在于燒結(jié)過程中，一般認(rèn)為，高強度的原因在于燒結(jié)過程中， Al2O3 與玻璃界面發(fā)生反應(yīng)與玻璃界面發(fā)生反應(yīng)，生成新的，生成新的晶相富硅高嶺晶相富硅高嶺石石所致。這種材料的所致。這種材料的缺點是含有鉛。缺點是含有鉛。 (2)硼硅酸玻璃硼硅酸玻璃+石英玻璃石英玻璃+堇青石系堇青石系 基板材料組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：基板材料組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：硼硅酸玻璃硼硅酸玻璃65%、石、石英玻璃英玻璃1

13、5%、堇青石、堇青石20%。 在該組成下，在該組成下，燒成體的熱膨脹系數(shù)為燒成體的熱膨脹系數(shù)為4.4。這種玻這種玻璃陶瓷的特點是具有璃陶瓷的特點是具有低介電常數(shù)以及熱膨脹系數(shù)可低介電常數(shù)以及熱膨脹系數(shù)可控制在與硅相近的水控制在與硅相近的水平。平。 (3)硼硅酸玻璃硼硅酸玻璃- Al2O3-鎂橄欖石系鎂橄欖石系 該系統(tǒng)可達到最高密度的組成為：該系統(tǒng)可達到最高密度的組成為： Al2O3 35%、鎂橄欖石鎂橄欖石25%、硼硅酸玻璃、硼硅酸玻璃40%。 在該組成下，在該組成下， 900 0C燒成時相對密度可達燒成時相對密度可達97%，這種基板的彎曲強度為這種基板的彎曲強度為200MPa，介電常數(shù)為介電

14、常數(shù)為6.5，熱膨脹系數(shù)為熱膨脹系數(shù)為6.0*10-6/ 0C (4)硼硅酸玻璃硼硅酸玻璃- Al2O3系系 該系統(tǒng)最佳組成該系統(tǒng)最佳組成:Al2O3 50%和硼硅酸玻璃和硼硅酸玻璃50%，900 0C燒成體燒成體的的熱膨脹系數(shù)為熱膨脹系數(shù)為4.0*10-6/ 0C，彎曲強度，彎曲強度為為245MPa。這種系統(tǒng)玻璃陶瓷的。這種系統(tǒng)玻璃陶瓷的最佳燒成溫度也隨最佳燒成溫度也隨硼硅酸玻璃的含量而變化硼硅酸玻璃的含量而變化。 (5)硼硅酸玻璃硼硅酸玻璃- Al2O3處理的氧化鋯系處理的氧化鋯系 該系統(tǒng)玻璃陶瓷的組成以該系統(tǒng)玻璃陶瓷的組成以硼硅酸玻璃質(zhì)量分?jǐn)?shù)硼硅酸玻璃質(zhì)量分?jǐn)?shù)(40%-60%), Al2

15、O3處理的氧化鋯質(zhì)量分?jǐn)?shù)處理的氧化鋯質(zhì)量分?jǐn)?shù)(40%-60%)為最佳，為最佳，900 0C燒成燒成。 該材料的特點是在該材料的特點是在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)，其，其熱膨熱膨脹系數(shù)與脹系數(shù)與GaAs單晶的熱膨脹系數(shù)相近單晶的熱膨脹系數(shù)相近。因此，它可。因此，它可作為作為HEMP(高電子遷移率三極管高電子遷移率三極管)的實裝基板的實裝基板。 5. LTCC基板制造工藝基板制造工藝 LTCC介質(zhì)材料主要由介質(zhì)材料主要由玻璃玻璃/陶瓷組成陶瓷組成，與，與有機粘合有機粘合劑、增塑劑和有機溶劑等有機載體充分混合劑、增塑劑和有機溶劑等有機載體充分混合后，流后，流延成延成厚度精確而且致密的生瓷片

16、厚度精確而且致密的生瓷片，在生瓷片上利用，在生瓷片上利用激光打孔或機械鉆孔激光打孔或機械鉆孔后后填充厚膜導(dǎo)體漿料填充厚膜導(dǎo)體漿料，作為層，作為層與層之間的互連的通路，在每一層上與層之間的互連的通路，在每一層上印刷厚膜金屬印刷厚膜金屬化圖形化圖形，多層之間對準(zhǔn)后，多層之間對準(zhǔn)后熱壓或包封液壓熱壓或包封液壓，在經(jīng)，在經(jīng)排排膠燒結(jié)膠燒結(jié)，形成具有，形成具有獨立結(jié)構(gòu)的多層基板獨立結(jié)構(gòu)的多層基板。 LTCC多層基板的工藝流程多層基板的工藝流程 在制造過程具體工藝要求如下：在制造過程具體工藝要求如下： (1)流延流延 要求流延出的要求流延出的生瓷片致密并且厚度均勻生瓷片致密并且厚度均勻，生膜片，生膜片的的

17、寬度不小于寬度不小于110mm，且具有足夠的強度，且具有足夠的強度。 (2)打孔打孔 打孔主要有三種方法：打孔主要有三種方法：鉆孔鉆孔、沖孔沖孔和和激光打孔激光打孔。鉆孔法：鉆孔法：打孔速遞為打孔速遞為3-5孔孔/s，精度為正負，精度為正負50um，最，最小孔徑一般在小孔徑一般在0.25mm以上。以上。 沖孔法：沖孔法：打孔速度為打孔速度為8-10孔孔/s，精度為正負，精度為正負10um，最小孔徑可達最小孔徑可達0.05mm。 激光打孔法：激光打孔法：打孔速度為打孔速度為250-300孔孔/s，精度為正負，精度為正負25um，最小孔徑可達，最小孔徑可達0.1mm。 (3)通孔填充通孔填充 通孔

18、填充的方法一般有三種：通孔填充的方法一般有三種：絲網(wǎng)印刷絲網(wǎng)印刷、掩模印掩模印刷和流延型印刷刷和流延型印刷。通過漿料應(yīng)有良好的。通過漿料應(yīng)有良好的流變性能和流變性能和合適的黏度合適的黏度，印刷時才不易，印刷時才不易形成盲孔形成盲孔。 (4)對位對位 對位包括對位包括印刷時絲網(wǎng)與生瓷片之間的對位印刷時絲網(wǎng)與生瓷片之間的對位和和疊片疊片時生瓷片與生瓷片之間的對位時生瓷片與生瓷片之間的對位。若對位精度太差基。若對位精度太差基板布線網(wǎng)絡(luò)可能會板布線網(wǎng)絡(luò)可能會斷路或短路斷路或短路， 一般采用一般采用定位孔或定位孔或圖像識別定位圖像識別定位。 影響對位精度的主要因素是：影響對位精度的主要因素是：打孔精度誤

19、差打孔精度誤差、照照相版精度誤差相版精度誤差和和印刷機手動調(diào)節(jié)對位視覺誤差印刷機手動調(diào)節(jié)對位視覺誤差。 (5)布線設(shè)計布線設(shè)計 在進行在進行CAD布線設(shè)計布線設(shè)計時，必須根據(jù)電參數(shù)要求、對時，必須根據(jù)電參數(shù)要求、對位精度及通孔大小來設(shè)計線寬、線間距及其他參數(shù)。位精度及通孔大小來設(shè)計線寬、線間距及其他參數(shù)。 對用于對用于高頻且要求高傳輸速度的基板高頻且要求高傳輸速度的基板，應(yīng)選擇，應(yīng)選擇細線細線條、細間距設(shè)計條、細間距設(shè)計。為了降低成本，在能保證質(zhì)量的前。為了降低成本，在能保證質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡可能選擇提下，應(yīng)盡可能選擇層數(shù)多，寬線條寬間距設(shè)計層數(shù)多，寬線條寬間距設(shè)計。 (6)金屬化金屬化 LT

20、CC基板金屬化分為基板金屬化分為內(nèi)層金屬化內(nèi)層金屬化和和表層金屬化表層金屬化兩兩種。種。 內(nèi)層金屬化方法內(nèi)層金屬化方法有有絲網(wǎng)印刷絲網(wǎng)印刷和和計算機直接描繪計算機直接描繪兩種；兩種； 表層金屬化方法表層金屬化方法有有絲網(wǎng)印刷絲網(wǎng)印刷、計算機直接繪圖、光計算機直接繪圖、光刻漿料、薄膜沉積刻漿料、薄膜沉積。幾種金屬化方法比較幾種金屬化方法比較 LTCC基板的應(yīng)用中，隨著基板的應(yīng)用中，隨著外貼片的引腳數(shù)增多、外貼片的引腳數(shù)增多、密度增大密度增大，使得，使得互連導(dǎo)體的寬度及間距要求越來越互連導(dǎo)體的寬度及間距要求越來越細細，并且要求，并且要求線條邊緣整齊線條邊緣整齊，這對傳統(tǒng)的厚膜印制，這對傳統(tǒng)的厚膜印

21、制工藝來說，一般難以實現(xiàn)，必須用工藝來說，一般難以實現(xiàn)，必須用薄膜工藝薄膜工藝來解決來解決這一難題。這一難題。 LTCC基板基板薄膜金屬化薄膜金屬化時，要先將時，要先將基板表面拋光基板表面拋光處理后，再采用處理后，再采用磁控濺射方法鍍上多層薄膜磁控濺射方法鍍上多層薄膜，然后，然后經(jīng)過經(jīng)過光刻、形成焊區(qū)和導(dǎo)帶光刻、形成焊區(qū)和導(dǎo)帶，熱處理后，制成產(chǎn)品。，熱處理后，制成產(chǎn)品。 LTCC基板薄膜金屬化工藝流程基板薄膜金屬化工藝流程 (7)疊層與熱壓疊層與熱壓 將填充好通孔和金屬化的生瓷片放入將填充好通孔和金屬化的生瓷片放入疊模中疊模中，疊，疊模上模上設(shè)計有與生瓷片對位孔一致的對位柱設(shè)計有與生瓷片對位孔

22、一致的對位柱，保證對，保證對位精度。位精度。模具最好用硬質(zhì)材料加工模具最好用硬質(zhì)材料加工，防止多次使用，防止多次使用后變形。后變形。疊壓工藝中最關(guān)鍵的是壓力須均勻一致疊壓工藝中最關(guān)鍵的是壓力須均勻一致，因為基板因為基板燒結(jié)收縮力與熱壓壓力有密切關(guān)系燒結(jié)收縮力與熱壓壓力有密切關(guān)系。 熱壓壓力熱壓壓力過大時，排膠時會起泡分層過大時，排膠時會起泡分層；過小時也過小時也會分層會分層，且基板燒結(jié)收縮率較大，收縮率一致性差，且基板燒結(jié)收縮率較大，收縮率一致性差，必須進行深入的摸底試驗。必須進行深入的摸底試驗。等靜壓機等靜壓機的壓力均勻、的壓力均勻、疊壓效果比較好，基板燒結(jié)收縮率一致性好，對提疊壓效果比較好

23、，基板燒結(jié)收縮率一致性好，對提高高焊區(qū)對位精度焊區(qū)對位精度及及后燒結(jié)表面導(dǎo)體與通孔對位精度后燒結(jié)表面導(dǎo)體與通孔對位精度有利。有利。 (8)排膠與燒結(jié)排膠與燒結(jié) 排膠就是排除陶瓷坯體中含有大量塑化劑和黏結(jié)排膠就是排除陶瓷坯體中含有大量塑化劑和黏結(jié)劑的工藝過程。劑的工藝過程。排膠可在排膠可在普通馬弗爐中普通馬弗爐中進行，排膠進行，排膠速度根據(jù)基板而定，若升溫速度過快，回導(dǎo)致基板速度根據(jù)基板而定，若升溫速度過快，回導(dǎo)致基板起泡分層。起泡分層。 燒結(jié)既可在燒結(jié)既可在馬弗爐中進行也可在鏈?zhǔn)綘t中馬弗爐中進行也可在鏈?zhǔn)綘t中進行，進行，燒結(jié)工藝的關(guān)鍵是燒結(jié)曲線和爐膛溫度的均勻性燒結(jié)工藝的關(guān)鍵是燒結(jié)曲線和爐膛溫

24、度的均勻性，它與燒結(jié)后基板的平整度和收縮率有關(guān)。爐膛溫度它與燒結(jié)后基板的平整度和收縮率有關(guān)。爐膛溫度均勻性差，基板燒結(jié)收縮率的一致性就差。均勻性差，基板燒結(jié)收縮率的一致性就差。 (9)測試測試 燒結(jié)后的燒結(jié)后的LTCC基板必須進行測試，驗證基板布線基板必須進行測試，驗證基板布線的連接性。的連接性。 由由LTCC基板制作高密度混合集成基板的結(jié)構(gòu)示意圖基板制作高密度混合集成基板的結(jié)構(gòu)示意圖 6. LTCC多層基板的應(yīng)用多層基板的應(yīng)用 LTCC性能優(yōu)良、成本低廉、適用面廣，已經(jīng)在性能優(yōu)良、成本低廉、適用面廣，已經(jīng)在器器件的封裝、高性能基板件的封裝、高性能基板等方面得到大量應(yīng)用。適用等方面得到大量應(yīng)用

25、。適用于于高密度電子封裝用的三維立體布線多層陶瓷基板高密度電子封裝用的三維立體布線多層陶瓷基板，特別適合于特別適合于射頻、微波、毫米波器件射頻、微波、毫米波器件等。等。 目前，隨著電子設(shè)備目前，隨著電子設(shè)備向輕、薄、短、小方向的發(fā)向輕、薄、短、小方向的發(fā)展展，設(shè)備，設(shè)備工作頻率的提高工作頻率的提高，以及軍用設(shè)備向民有設(shè)，以及軍用設(shè)備向民有設(shè)備的轉(zhuǎn)化，備的轉(zhuǎn)化，LTCC多層板多層板將以其極大的優(yōu)勢成為無線將以其極大的優(yōu)勢成為無線通訊、軍事及民用等領(lǐng)域重要發(fā)展方向之一。通訊、軍事及民用等領(lǐng)域重要發(fā)展方向之一。 因此，因此，LTCC多層基板的用途主要集中在以下四個多層基板的用途主要集中在以下四個方面

26、：方面： (1)超級計算機用多層板，用以滿足元器件小型化、超級計算機用多層板，用以滿足元器件小型化、信號超高速化的要求；信號超高速化的要求； (2)下一代汽車用多層基板，利用其高密度、多層下一代汽車用多層基板，利用其高密度、多層化、混合電路化等特點，以及其良好的耐熱性，作化、混合電路化等特點，以及其良好的耐熱性，作為下一代汽車電子控制系統(tǒng)部件，受到了廣泛注意；為下一代汽車電子控制系統(tǒng)部件，受到了廣泛注意； (3)高頻部件，對于進入高頻部件，對于進入GHz頻帶的超高頻通信，頻帶的超高頻通信，LTCC基板將在手機、基板將在手機、GPS定位系統(tǒng)等許多高頻部件定位系統(tǒng)等許多高頻部件廣泛使用；廣泛使用；

27、 (4)光通信用界面模塊及高電子遷移率三極管光通信用界面模塊及高電子遷移率三極管(HEMT)模塊。模塊。 7. LTCC多層基板的發(fā)展動向多層基板的發(fā)展動向 LTCC材料的材料的介電常數(shù)低于介電常數(shù)低于氧化鋁、莫來石及氧化鈹，氧化鋁、莫來石及氧化鈹，這是其優(yōu)勢之一，但現(xiàn)在看來，這是其優(yōu)勢之一，但現(xiàn)在看來，LTCC材料的介電常數(shù)的材料的介電常數(shù)的下限大致為下限大致為4.0，要達到要達到有機材料聚酰亞胺的有機材料聚酰亞胺的3.0-3.5是困是困難的。難的。 通常在玻璃陶瓷中引入閉氣孔，通常在玻璃陶瓷中引入閉氣孔，可使其介電常數(shù)下降可使其介電常數(shù)下降到到3.4，但機械強度也進一步下降，但機械強度也進

28、一步下降。因此，。因此，LTCC材料的材料的發(fā)展發(fā)展必須兼顧到介電常數(shù)、機械強度、熱膨脹系數(shù)、熱必須兼顧到介電常數(shù)、機械強度、熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率等各個方面導(dǎo)率等各個方面，使其綜合性能得以提高。這就需要在，使其綜合性能得以提高。這就需要在原材料的成分、粒度、形貌、基板結(jié)構(gòu)、制作原材料的成分、粒度、形貌、基板結(jié)構(gòu)、制作工藝、復(fù)工藝、復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)等方面進行系統(tǒng)的研究開發(fā)。合材料的微觀結(jié)構(gòu)等方面進行系統(tǒng)的研究開發(fā)。 此外，在此外，在材料的無鉛化和進一步降低高頻損耗等方面材料的無鉛化和進一步降低高頻損耗等方面也是目前研究的重點內(nèi)容也是目前研究的重點內(nèi)容。4.5 其他類性的無機基板其他類性的無機基板

29、 1. 液晶顯示器液晶顯示器(LCD)用玻璃板用玻璃板 LCD用玻璃基板用玻璃基板分分前基板和后基板兩塊前基板和后基板兩塊；前基板；前基板上形成上形成偏光膜、濾光膜偏光膜、濾光膜；后基板上形成；后基板上形成TFT(thin film transistor，薄膜三極管，薄膜三極管)、金屬布線及絕緣膜、金屬布線及絕緣膜等，液晶夾在于二者之間。等，液晶夾在于二者之間。 作為作為電子用玻璃電子用玻璃，一般，一般采用硅酸玻璃、硼硅玻璃、采用硅酸玻璃、硼硅玻璃、磷酸玻璃等磷酸玻璃等；對于；對于TFT應(yīng)用來應(yīng)用來說，特別要求說，特別要求采用無采用無堿金屬離子玻璃、低堿金屬離子玻璃和低熱膨脹系堿金屬離子玻璃、

30、低堿金屬離子玻璃和低熱膨脹系數(shù)的合成石英玻璃數(shù)的合成石英玻璃等；而且對于等；而且對于LCD用基板的表面用基板的表面粗糙度粗糙度要求很高，需要精密研磨達到要求很高，需要精密研磨達到Ra=4-5nm的的鏡面程度。此外，對鏡面程度。此外，對平坦度、傷痕、氣泡數(shù)量及間平坦度、傷痕、氣泡數(shù)量及間距距等也有嚴(yán)格的規(guī)定。等也有嚴(yán)格的規(guī)定。 TFT用玻璃復(fù)合基板的構(gòu)造用玻璃復(fù)合基板的構(gòu)造 2. 等離子體顯示板等離子體顯示板(PDP)用玻璃板用玻璃板 等離子體顯示板有各種不同的結(jié)構(gòu)，但它都是等離子體顯示板有各種不同的結(jié)構(gòu)，但它都是由由兩塊玻璃板兩塊玻璃板，在其上形成各種各樣的，在其上形成各種各樣的功能層，貼合功

31、能層，貼合在一起，中間封入氣體構(gòu)成在一起，中間封入氣體構(gòu)成。通常，前面的玻璃基。通常，前面的玻璃基板稱為板稱為前基板前基板，后面的稱為，后面的稱為后基板后基板。 目前，目前，PDP用玻璃基板多采用蘇打石灰玻璃用玻璃基板多采用蘇打石灰玻璃。這。這種玻璃與普通平板窗玻璃基本相同，比種玻璃與普通平板窗玻璃基本相同，比LCD中薄膜中薄膜三極管用三極管用無堿金屬離子玻璃要便宜得多無堿金屬離子玻璃要便宜得多。對于。對于PDP基板用玻璃的最主要要求是高屈服點。基板用玻璃的最主要要求是高屈服點。 在在PDP中，除前、后玻璃基板外，中，除前、后玻璃基板外，障壁及透明介障壁及透明介電質(zhì)層、封接層等電質(zhì)層、封接層等

32、也都要使用玻璃材料。也都要使用玻璃材料。 PDP的結(jié)構(gòu)示意圖的結(jié)構(gòu)示意圖4.6 復(fù)合基板復(fù)合基板 隨著高密度封裝技術(shù)的發(fā)展，隨著高密度封裝技術(shù)的發(fā)展，單一材料、單一結(jié)單一材料、單一結(jié)構(gòu)的基板構(gòu)的基板已不能滿足使用要求。已不能滿足使用要求。復(fù)合基板復(fù)合基板可以實現(xiàn)可以實現(xiàn)多功能、高性能。多功能、高性能。 例如，例如，除了基板搭載元器件、布線連接以及導(dǎo)熱除了基板搭載元器件、布線連接以及導(dǎo)熱功能之外，還附加有電阻、電容、電感、電磁屏蔽、功能之外，還附加有電阻、電容、電感、電磁屏蔽、光學(xué)、結(jié)構(gòu)體等功能光學(xué)、結(jié)構(gòu)體等功能；在高性能方面，；在高性能方面，做到電阻降做到電阻降低、阻抗匹配、傳輸性能提高，散熱

33、性能提高、力低、阻抗匹配、傳輸性能提高，散熱性能提高、力學(xué)性能改善、更便于高密度封裝等。學(xué)性能改善、更便于高密度封裝等。 為了達到上述目的，需要在為了達到上述目的，需要在結(jié)構(gòu)、材料、工藝等結(jié)構(gòu)、材料、工藝等方面采取必要的措施方面采取必要的措施。 例如，例如，在結(jié)構(gòu)上在結(jié)構(gòu)上采用多層化、薄膜化、微孔化及采用多層化、薄膜化、微孔化及微細布線的方式；微細布線的方式；在材料上在材料上，使不同的材料在強度、，使不同的材料在強度、熱導(dǎo)、熱膨脹系數(shù)、介電常數(shù)、絕緣性能等方面相熱導(dǎo)、熱膨脹系數(shù)、介電常數(shù)、絕緣性能等方面相互補充等。與此相應(yīng)，需要采取互補充等。與此相應(yīng)，需要采取各種不同的工藝各種不同的工藝。 如

34、此看來，復(fù)合基板在如此看來，復(fù)合基板在功能上類型各異功能上類型各異，材料和，材料和結(jié)構(gòu)上種類繁多，工藝上更是各式各樣，而且還在結(jié)構(gòu)上種類繁多，工藝上更是各式各樣，而且還在迅速發(fā)展中，目前還沒有統(tǒng)一的命名標(biāo)準(zhǔn)。為了討迅速發(fā)展中，目前還沒有統(tǒng)一的命名標(biāo)準(zhǔn)。為了討論方便，下面按照論方便，下面按照復(fù)合基板復(fù)合的目的，分功能復(fù)復(fù)合基板復(fù)合的目的，分功能復(fù)合、結(jié)構(gòu)復(fù)合、材料復(fù)合三種類型合、結(jié)構(gòu)復(fù)合、材料復(fù)合三種類型加以介紹。加以介紹。 1. 功能復(fù)合基板功能復(fù)合基板 在基板內(nèi)部形成電容在基板內(nèi)部形成電容C和電阻和電阻R，與基板做成一體，與基板做成一體化結(jié)構(gòu)，除布線等功能之外，基板同時兼有化結(jié)構(gòu)，除布線等功

35、能之外，基板同時兼有C、R元件的功能。元件的功能。 在模擬電路中，構(gòu)成元件的比例大致為：在模擬電路中，構(gòu)成元件的比例大致為：電阻電阻(R) 50%,電容電容(C)20%，其他無源、有源及機構(gòu)部件總，其他無源、有源及機構(gòu)部件總共共30%，可以看出可以看出C、R占大多數(shù)。如能將占大多數(shù)。如能將C、R內(nèi)內(nèi)含于基板中無疑將含于基板中無疑將大大縮短布線間距、減小體積、大大縮短布線間距、減小體積、提高電路性能提高電路性能。 通常，實現(xiàn)通常，實現(xiàn)C、R一體化的方法很多，主要方法有：一體化的方法很多，主要方法有： 同時燒成法同時燒成法是從陶瓷生片階段就將是從陶瓷生片階段就將C、R置于其中，置于其中，經(jīng)疊層、熱

36、壓，同時燒結(jié)而成；經(jīng)疊層、熱壓，同時燒結(jié)而成； 厚膜多層法厚膜多層法是在燒成的基板上形成厚膜多層電路，是在燒成的基板上形成厚膜多層電路，再經(jīng)燒結(jié)而成；再經(jīng)燒結(jié)而成； 印刷多層布線：印刷多層布線：在燒成的基板上在燒成的基板上印刷多層布線印刷多層布線，在，在其中置入薄的片式電阻等，再經(jīng)燒結(jié)而成。其中置入薄的片式電阻等，再經(jīng)燒結(jié)而成。 目前，實用性最高的目前，實用性最高的同時燒成法同時燒成法而成的基板有兩種：而成的基板有兩種：多層印刷多層印刷CR內(nèi)含基板內(nèi)含基板和和生片疊層生片疊層CR內(nèi)含多層基板內(nèi)含多層基板。 多層印刷多層印刷CR復(fù)合基板復(fù)合基板 生片疊層低溫共燒生片疊層低溫共燒CR內(nèi)含多層復(fù)合基

37、板的斷面結(jié)構(gòu)內(nèi)含多層復(fù)合基板的斷面結(jié)構(gòu) 2. 結(jié)構(gòu)復(fù)合基板結(jié)構(gòu)復(fù)合基板 (1)樹脂樹脂/陶瓷復(fù)合基板陶瓷復(fù)合基板 這種結(jié)構(gòu)復(fù)合基板可分為這種結(jié)構(gòu)復(fù)合基板可分為兩類兩類： 一類一類是在多層布線比較容易的陶瓷多層積層基板是在多層布線比較容易的陶瓷多層積層基板上，以上，以介電常數(shù)低的樹脂為介電層介電常數(shù)低的樹脂為介電層，形成，形成薄膜多層薄膜多層布線構(gòu)成復(fù)合基板布線構(gòu)成復(fù)合基板； 另一類另一類是在不含布線的陶瓷基板表面形成薄膜多是在不含布線的陶瓷基板表面形成薄膜多層布線構(gòu)成復(fù)合基板。層布線構(gòu)成復(fù)合基板。 陶瓷材料陶瓷材料采用氧化鋁、莫來石、玻璃陶瓷、氮化采用氧化鋁、莫來石、玻璃陶瓷、氮化鋁等鋁等；樹脂材料；樹脂材料從耐熱性的角度多使用聚酰亞胺或從耐熱性的角度多使用聚酰亞胺或BCB(聯(lián)二苯環(huán)丁二烯聯(lián)二苯環(huán)丁二烯)；多層布線中使用電阻率低；多層布線中使用電阻率低的的Cu、Al等。等。 (2)樹脂樹脂/多孔陶瓷復(fù)合基板多孔陶瓷復(fù)合基板 陶瓷材料的優(yōu)點陶瓷材