[军事]厚膜第2章.ppt

2.1 厚膜基板 一、基板的作用与要求 1. 作用 承载作用：厚膜元件、外贴元器件、互连导体以及整个电路 绝缘作用：提供元器件之间的电绝缘 导热、散热作用：将元器件工作时产生的热量即时散发出去。 2、要求 基板的性能对厚膜元件和整个电路性能、工艺有很大的影响，特别在可靠性和工艺重现性等方面关系十分密切。 优质基板是保证厚膜电路具有优良性能的 重要条件，所以对基板有下列要求。 1）表面性能 表面应平整、光滑，具有适当的表面光洁度 2）电性能 ρv 、ρs 高，tgδ小，保证绝缘性能。 3）热性能 基板应具有高的导热性。 基板的热膨胀系数应与电路所用的材料相匹配。 4）机械性能 机械强度和硬度——能经受机械振动、冲击和热冲击等而不致损坏。 基板应有良好的加工性能，便于切割、加工和钻孔等。 5）化学性能 化学稳定性高—在工艺过程中不受各种化学试剂和溶剂的影响。 应与电路材料有很好的相容性。 6）其他性能 耐高温，经受多次高温烧结不变形; 基板的制造成本要低; 重量轻; 1）氧化铝基板： 主要成分为Al2O3，Al2O3含量越高性能（电性能、机械强度、表面光洁度等）越好。99.5% Al2O3瓷电性能优良、光洁度较高，适于低损耗、高频电路应用，是目前微波集成电路应用最广泛的基板材料。但其烧结温度高、价格贵，基板与厚膜的结合也较差，故常采用94～96% Al2O3瓷（晶粒尺寸3～5μm），其烧结温度在1700℃以上，成本较高。85瓷和75瓷性能较前者稍差，但成本较低，所以目前国内外也有采用。 氧化铝基板的性能 热导率和氧化铝含量的关系 2）氧化铍基板： 优点： 热导率高（常温下2.64J/cm· ℃·s），仅次于银、铜、金与铝相近，为氧化铝的10倍； 体积电阻率大； 介电系数小、高频下损耗小、适于高频、大功率电路； 能与大多数厚膜浆料相容。 缺点：粉末有毒，价格较贵、机械强度不如氧化铝。 如果不考虑成本和毒性，氧化铍是一种理想的基片材料。 3）氮化铝基板 是一种新型陶瓷基板。 优点： 热导率高（与99.5%BeO陶瓷大致相同，为氧 化铝的8～10倍）； 热导率与温度的关系比氧化铍瓷小； 绝缘电阻、介电系数和介质损耗几乎与氧化铝和氧化铍陶瓷相同； 抗弯强度大、硬度小、机械加工比较容易（抗弯强度比氧化铝大但硬度仅为氧化铝的一半） 氮化铝基板的热胀系数比氧化铍小（4.4ppm/℃），与Si接近，这有利于组 装大规模IC芯片； 与Au、Ag-Pd和Cu浆料的相容性较好， 可作高频、大功率电路基板，还适于高密 度、大功率的微波电路以及大规模厚膜IC。 缺点： 成本高；对杂质含量敏感； 4）特种陶瓷基板： 指高介钛酸盐（如BaTiO3)或锆酸盐陶瓷、铁磁性的铁氧体瓷。 机械强度、绝缘电阻、热导率等不如氧化铝，但其在高介性和铁磁性方面的特点，使其可作大容量的阻容网络基板，在霍尔集成电路、磁阻元件、传感器和微波集成电路(MIC)中都有应用。 5）碳化硅基板： 以α-SiC为主，掺以微量 BeO (0.1~0.35%)的新型基板，为高热导率、绝缘性好的陶瓷基板。 优点： 热导率是金属铝的1.2倍，比BeO瓷还要高，从热扩散系数、热容量看该基板传热比Cu还要好。 SiC基板的抗弯强度为44100N/㎝2与氧化铝相近。 热账系数比氧化铝小与单晶硅几乎相同，所以适合组装大规模IC芯片。可作大功率电路基板，进行高密度组装，用来封装大规模HIC。由于其传热比Cu还好，所以其不需要散热器，可大大简化基板结构。 缺点： 体积电阻率比氧化铝和氧化铍低，而介电系数则高的多，因此高频性能不如氧化铝。 6）多层陶瓷基板： 为了提高组装密度，使电路高密度化、小型 化、高速化而研制的陶瓷基板（多为氧化铝 瓷）。多层化的方法有三种： a.厚膜多层法： 在氧化铝基板上交替印烧导体（Au、Ag-Pd 等）和介质浆料。 特点：制造灵活性大、可在空气中烧结，温度 ＜1000℃，烧后无需电镀，层内含电阻、电容等，制造过程容易实现自动化。 但制作微细线困难，层数也不能太多，可焊性、密封性不如其它二种方法。 b.印刷多层法： 先将与生基板成分相同的氧化铝制成浆料，而后轮流在氧化铝基板上印刷和干燥Mo、W等导体与氧化铝介质浆料（此时各层间的印刷导体就可以通过层间的通孔实现层间连接），再在1500～1700℃的还原气氛中烧成。在烧成的基板导体部分镀Ni、Au形成焊接区。 c. 生基板叠层法： 在冲