陶瓷基板二课程学习.pptx
会计学1陶瓷陶瓷(toc)基板二基板二第一页，共52页。（2 2）Al2O3Al2O3晶体晶体晶体晶体(jngt(jngt)结构结构结构结构具有多种同质异晶体具有多种同质异晶体具有多种同质异晶体具有多种同质异晶体(jngt(jngt););a(a(三方三方三方三方)、b(b(六方六方六方六方)、g(g(四方四方四方四方)、h(h(等轴等轴等轴等轴)、r(r(晶系未定晶系未定晶系未定晶系未定)、(六六六六方方方方)、(六方六方六方六方)、(四方四方四方四方)、(单斜单斜单斜单斜)-Al2O3)-Al2O3等等等等1010多种变体；多种变体；多种变体；多种变体；主要有主要有主要有主要有a(a(三方三方三方三方)、b(b(六方六方六方六方)、g(g(四方四方四方四方)相；相；相；相；a-Al2O3a-Al2O3为高温稳定相，工业上使用最多。为高温稳定相，工业上使用最多。为高温稳定相，工业上使用最多。为高温稳定相，工业上使用最多。2第2页/共52页第二页，共52页。a a a a-Al-Al2 2OO3 3l lAl3+Al3+与与O2-O2-之间为强固的离子键；之间为强固的离子键；l lO2-O2-阴离子近似于密排六方排列；阴离子近似于密排六方排列；l lAl3+Al3+阳离子占据了阳离子占据了2/32/3的八面体空的八面体空隙位置，即每个隙位置，即每个Al3+Al3+位于位于6 6个个O2-O2-构构成成(guchng)(guchng)的八面体的中心的八面体的中心;l la-Al2O3a-Al2O3结构的填充极为密实，其结构的填充极为密实，其物理性能，化学性能稳定，物理性能，化学性能稳定，具有具有密度高、机械强度大等特性。密度高、机械强度大等特性。3第3页/共52页第三页，共52页。（3 3）Al2O3 Al2O3 陶瓷的分类陶瓷的分类陶瓷的分类陶瓷的分类(fn li)(fn li)及性能及性能及性能及性能4l按含量含量来分：高铝瓷：85%刚玉瓷：99%白色紫色黑色99瓷：99%95瓷：95%90瓷：90%l按颜色颜色来分：第4页/共52页第四页，共52页。5第5页/共52页第五页，共52页。（4 4）Al2O3 Al2O3 陶瓷原料生产陶瓷原料生产陶瓷原料生产陶瓷原料生产(shngch(shngch n)n)6Buyer法法铝矾土铝矾土 铝酸苏铝酸苏打溶液打溶液 成核剂水铝矿水铝矿 过滤(gul)、煅烧、脱水a a-Al2O3 1100-1200 CAl2O3 3H2ONaOH aq.第6页/共52页第六页，共52页。（5 5）Al2O3 Al2O3 陶瓷基板制作方法陶瓷基板制作方法陶瓷基板制作方法陶瓷基板制作方法(a)Al2O3(a)Al2O3 陶瓷成型陶瓷成型陶瓷成型陶瓷成型助烧剂助烧剂助烧剂助烧剂 厚膜用：厚膜用：厚膜用：厚膜用：Al2O3-SiO2-MgOAl2O3-SiO2-MgO、CaOCaO，提高金属化，提高金属化，提高金属化，提高金属化层的浸润性；层的浸润性；层的浸润性；层的浸润性；薄膜用：薄膜用：薄膜用：薄膜用：0.2 w%MgO,0.2 w%MgO,得到密度高、表面平滑基得到密度高、表面平滑基得到密度高、表面平滑基得到密度高、表面平滑基板，板，板，板，MgOMgO抑制抑制抑制抑制(yzh)(yzh)烧成时烧成时烧成时烧成时Al2O3Al2O3颗粒长大颗粒长大颗粒长大颗粒长大（Cr2O3Cr2O3抑制抑制抑制抑制(yzh)MgO(yzh)MgO表面蒸发）。表面蒸发）。表面蒸发）。表面蒸发）。7第7页/共52页第七页，共52页。8l l粘结剂：l l PVB(聚乙烯醇聚丁醛树脂(shzh)）l l分散剂：l lDBP（邻苯二甲酸二丁酯）、鱼油、合成油l l烧成温度：l l1500-1600 Cl l气氛：l l加湿H2、H2-N2、NH3的分解混合气第8页/共52页第八页，共52页。9n n(b)Al2O3(b)Al2O3陶瓷陶瓷(toc)(toc)金属化金属化n n共烧法共烧法n n厚膜法厚膜法n n薄膜法薄膜法n n难熔金属法难熔金属法难熔金属法厚膜法薄膜法共烧法第9页/共52页第九页，共52页。10n n(c)Al2O3(c)Al2O3基板表面金属化基板表面金属化 难熔金属法难熔金属法n n19381938年德利风根（德）、西门子公司年德利风根（德）、西门子公司n nMoMo法、法、Mo-MnMo-Mn法、法、Mo-TiMo-Ti法法n nMo-MnMo-Mn法法 （常用）（常用）:以耐热金属以耐热金属MoMo粉为主成粉为主成分，易形成氧化物分，易形成氧化物MnMn为副成分，混合成浆料，为副成分，混合成浆料，涂布在表面已研磨、处理的涂布在表面已研磨、处理的Al2O3Al2O3基板表面，基板表面，在加湿气氛在加湿气氛(qfn)(qfn)高温烧成金属层。高温烧成金属层。n nMn+H2O Mn+H2O MnO+H2 MnO+H2n nMnO+Al2O3 MnO+Al2O3 MnO MnO Al2O3Al2O3n n此外，在表面电镀此外，在表面电镀NiNi、AuAu、AgAg等，改善导体等，改善导体膜的焊接性能。膜的焊接性能。第10页/共52页第十页，共52页。11MnO-Al2O3系相图(xin t)第11页/共52页第十一页，共52页。12中间层（MnO Al2O3）Mo-Mn焊料Ni电镀层Al2O3基板经Mo-Mn法处理的Al2O3基板焊接(hnji)截面结构第12页/共52页第十二页，共52页。13n n（6 6）Al2O3 Al2O3 陶瓷基板的应用陶瓷基板的应用陶瓷基板的应用陶瓷基板的应用(yngyng)(yngyng)n n(a)(a)混合集成电路用基板混合集成电路用基板混合集成电路用基板混合集成电路用基板第13页/共52页第十三页，共52页。14Al2O3%抗弯强度/10M热导率/(W/mK)绝缘耐压/(kV/mm)r莫氏硬度表观密度/(103kg/m3)弹性模量/105MPa比热容/(10-1kcal/kgC)tan/10-4第14页/共52页第十四页，共52页。15l l厚膜混合厚膜混合ICIC用基板用基板l l表面粗糙度表面粗糙度，价格，价格 、与布线导体结合力、与布线导体结合力;l l常用常用96wt%96wt%的的Al2O3Al2O3基板。基板。l l薄厚膜混合薄厚膜混合ICIC用基板用基板l l厚度几百厚度几百nmnm以下，薄膜的物理性能、电气以下，薄膜的物理性能、电气(dinq)(dinq)性能受表面粗糙度影响很大性能受表面粗糙度影响很大;l l保证表面平滑，表面被覆玻璃釉（几十微米）。保证表面平滑，表面被覆玻璃釉（几十微米）。l l薄膜混合薄膜混合ICIC用基板用基板l l纯度纯度99%99%以上，表面粗糙度小以上，表面粗糙度小第15页/共52页第十五页，共52页。16n n(b)LSI(b)LSI用基板用基板n n同时烧成技术同时烧成技术(jsh)(jsh)制作的制作的LSILSI封装，气密性好、可靠性高；封装，气密性好、可靠性高；n n机械强度高、热导率高，在多端子、细引脚节距、高散热性等高密度机械强度高、热导率高，在多端子、细引脚节距、高散热性等高密度封装中，封装中，Al2O3Al2O3基板作用重大。基板作用重大。第16页/共52页第十六页，共52页。17n n(c)(c)多层电路多层电路(dinl)(dinl)基板基板IBM308X,TCM，基板：90mm 90mm,布线(b xin)：共烧Mo；L：120 m第17页/共52页第十七页，共52页。18NEC,100 mm 100mm,PI布线;PI介电常数低，提高(t go)信号传输速度。第18页/共52页第十八页，共52页。19n n2、莫来石基板、莫来石基板n n3Al2O3 2SiO2,是是Al2O3-SiO2体系体系最稳定晶相之一；最稳定晶相之一；n n机械强度、热导率比机械强度、热导率比Al2O3低；低；n n介电常数介电常数(ji din chn sh)比比Al2O3低，有利提高传输速度；低，有利提高传输速度；n n制造、金属化方法与制造、金属化方法与Al2O3基本相基本相同；同；第19页/共52页第十九页，共52页。20日立公司开发(kif)莫来石用于多层电路板；导体层：W，44层第20页/共52页第二十页，共52页。21n n3、氮化铝基板、氮化铝基板n n（1）AlN 陶瓷性质陶瓷性质(xngzh)n n热导率高（热导率高（Al2O3）n n热膨胀系数与热膨胀系数与Si匹配匹配(适用高密度适用高密度封装、封装、MCM)第21页/共52页第二十一页，共52页。AlNAlNAlNAlN晶体结构晶体结构晶体结构晶体结构l la=0.31 nm;c=0.498 nm;a=0.31 nm;c=0.498 nm;l l属六方晶系，是以【属六方晶系，是以【AlN4AlN4】四方】四方体为结构单元的纤维矿型；体为结构单元的纤维矿型；l l共价键化合物；共价键化合物；l lAINAIN晶体呈白色或灰色；晶体呈白色或灰色；l l常压下分解常压下分解(fnji)(fnji)温度为温度为2 2002 2002 2 450450；l l理论密度为理论密度为3.26 g3.26 gcm3cm3。22第22页/共52页第二十二页，共52页。23n n(2)AlN(2)AlN 的导热机理的导热机理的导热机理的导热机理n n通过点阵或晶格振动，即借助晶格波或热波进行热传通过点阵或晶格振动，即借助晶格波或热波进行热传通过点阵或晶格振动，即借助晶格波或热波进行热传通过点阵或晶格振动，即借助晶格波或热波进行热传递递递递;n n载热声子通过结构基元载热声子通过结构基元载热声子通过结构基元载热声子通过结构基元(原子、离子原子、离子原子、离子原子、离子(lz(lz)或分子或分子或分子或分子)间进间进间进间进行相互制约、相互协调的振动来实现热的传递；行相互制约、相互协调的振动来实现热的传递；行相互制约、相互协调的振动来实现热的传递；行相互制约、相互协调的振动来实现热的传递；n n如果晶体为具有完全理想结构的非弹性体，则热可以如果晶体为具有完全理想结构的非弹性体，则热可以如果晶体为具有完全理想结构的非弹性体，则热可以如果晶体为具有完全理想结构的非弹性体，则热可以自由地由晶体的热端不受任何干扰和散射向冷端传递，自由地由晶体的热端不受任何干扰和散射向冷端传递，自由地由晶体的热端不受任何干扰和散射向冷端传递，自由地由晶体的热端不受任何干扰和散射向冷端传递，热导率可以达到很高的数值；热导率可以达到很高的数值；热导率可以达到很高的数值；热导率可以达到很高的数值；n n热导率主要由晶体缺陷和声子自身对声子散射控制。热导率主要由晶体缺陷和声子自身对声子散射控制。热导率主要由晶体缺陷和声子自身对声子散射控制。热导率主要由晶体缺陷和声子自身对声子散射控制。第23页/共52页第二十三页，共52页。24l lAlNAlN的热导率理论值：的热导率理论值：320 W320 W(mK(mK）；实际值：）；实际值：铜铜1.1cm2/s);n n热膨胀系数与热膨胀系数与Si更加更加接近接近;n n缺点：缺点：n n介电常数高，不适用介电常数高，不适用高频高频(o pn)电路板；电路板；n n绝缘耐压差。绝缘耐压差。第43页/共52页第四十三页，共52页。44n n(2)(2)生产生产生产生产(shngch(shngch n)n)原料原料原料原料硅石硅石(SiO2)升华(shnghu)暗绿色多晶SiCa a-SiC 2000C焦炭焦炭食盐食盐第44页/共52页第四十四页，共52页。45n n(3)SiC(3)SiC基板的制造基板的制造基板的制造基板的制造(zhzo)(zhzo)真空(zhnkng)热压法烧成（2100C）SiC不适合制作(zhzu)多层电子基板！第45页/共52页第四十五页，共52页。46n n(4)SiC(4)SiC基板的应用基板的应用基板的应用基板的应用(yngyng)(yngyng)多用于耐压性不成问题的低电压电路(dinl)及高散热封装的基板高速、高集成度逻辑LSI带散热结构(jigu)封装实例第46页/共52页第四十六页，共52页。47第47页/共52页第四十七页，共52页。48n n5、氧化铍、氧化铍(BeO)基板基板n n(1)BeO基板的特性基板的特性n nBeO基板的热导率是基板的热导率是Al2O3的十几的十几倍，适用于大功率电路倍，适用于大功率电路(dinl)；n n介电常数低，又可适用高频电路介电常数低，又可适用高频电路(dinl)。第48页/共52页第四十八页，共52页。49第49页/共52页第四十九页，共52页。50n n(2)BeO(2)BeO基板的制造基板的制造基板的制造基板的制造(zhzo)(zhzo)n n干压法：干压法：干压法：干压法：n n 成型后，成型后，成型后，成型后，300-600 C300-600 C预烧，预烧，预烧，预烧，1500-1600 C1500-1600 C烧成；烧成；烧成；烧成；n n 烧成收缩小，尺寸精度好烧成收缩小，尺寸精度好烧成收缩小，尺寸精度好烧成收缩小，尺寸精度好;n n 打孔时，孔径与孔距较难控制。打孔时，孔径与孔距较难控制。打孔时，孔径与孔距较难控制。打孔时，孔径与孔距较难控制。n n 问题：问题：问题：问题：BeOBeO粉尘有毒，存在环境污染问题。粉尘有毒，存在环境污染问题。粉尘有毒，存在环境污染问题。粉尘有毒，存在环境污染问题。第50页/共52页第五十页，共52页。第二节第二节 各类陶瓷各类陶瓷(toc)(toc)基板基板1 1 1 1、氧化铝基板、氧化铝基板、氧化铝基板、氧化铝基板 （1 1 1 1）Al2O3 Al2O3 Al2O3 Al2O3陶瓷的基本性质陶瓷的基本性质陶瓷的基本性质陶瓷的基本性质 （2 2 2 2）Al2O3 Al2O3 Al2O3 Al2O3晶体结构晶体结构晶体结构晶体结构 （3 3 3 3）Al2O3 Al2O3 Al2O3 Al2O3 陶瓷的分类及陶瓷的分类及陶瓷的分类及陶瓷的分类及性能性能性能性能(xngnng)(xngnng)(xngnng)(xngnng)（4 4 4 4）Al2O3 Al2O3 Al2O3 Al2O3 陶瓷原料生产陶瓷原料生产陶瓷原料生产陶瓷原料生产 （5 5 5 5）Al2O3 Al2O3 Al2O3 Al2O3 陶瓷基板制作陶瓷基板制作陶瓷基板制作陶瓷基板制作方法方法方法方法 （6 6 6 6）Al2O3 Al2O3 Al2O3 Al2O3 陶瓷基板的应陶瓷基板的应陶瓷基板的应陶瓷基板的应用用用用 2 2 2 2、莫来石基板、莫来石基板、莫来石基板、莫来石基板3 3 3 3、氮化铝基板、氮化铝基板、氮化铝基板、氮化铝基板 (1)(1)(1)(1)AlN AlN AlN AlN 陶瓷性质陶瓷性质陶瓷性质陶瓷性质 (2)(2)(2)(2)AlN AlN AlN AlN 的导热机理的导热机理的导热机理的导热机理(3)AlN(3)AlN(3)AlN(3)AlN 粉的制备粉的制备粉的制备粉的制备(4)AlN(4)AlN(4)AlN(4)AlN 基板的制造基板的制造基板的制造基板的制造(5)AlN(5)AlN(5)AlN(5)AlN 基板的金属化基板的金属化基板的金属化基板的金属化 (6)AlN(6)AlN(6)AlN(6)AlN 基板的应用基板的应用基板的应用基板的应用4 4 4 4、碳化硅、碳化硅、碳化硅、碳化硅(SiC)(SiC)(SiC)(SiC)基板基板基板基板 (1)(1)(1)(1)SiCSiCSiCSiC基板的特性基板的特性基板的特性基板的特性 (2)(2)(2)(2)生产生产生产生产(shngchn)(shngchn)(shngchn)(shngchn)原料原料原料原料(3)SiC(3)SiC(3)SiC(3)SiC基板的制造基板的制造基板的制造基板的制造(4)SiC(4)SiC(4)SiC(4)SiC基板的应用基板的应用基板的应用基板的应用5 5 5 5、氧化铍、氧化铍、氧化铍、氧化铍(BeO)(BeO)(BeO)(BeO)基板基板基板基板 (1)(1)(1)(1)BeOBeOBeOBeO基板的特性基板的特性基板的特性基板的特性(2)BeO(2)BeO(2)BeO(2)BeO基板的制造基板的制造基板的制造基板的制造 51第51页/共52页第五十一页，共52页。52感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第52页/共52页第五十二页，共52页。
