在電子封裝過程中,基板主要起機械支撐保護與電互連(絕緣)作用。隨著電子封裝技術逐漸向著小型化、高密度、多功能和高可靠性方向發展示,電子系統的功率密度隨之增加,散熱問題越來越嚴重。器件的散熱影響條件眾多,其中基板材料的選用也是關鍵的一環。
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目前,電子封裝常用的基板材料主要有四大類:聚合物基板;金屬基板;復合基板;陶瓷基板。陶瓷基板材料以其強度高、絕緣性好、導熱和耐熱性能優良、熱膨脹系數小、化學穩定性好等優點,廣泛應用于電子封裝基板。
陶瓷封裝基板材料主要包括Al2O3、BeO和AlN等。目前,Al2O3陶瓷是應用最成熟的陶瓷封裝材料,以其耐熱沖擊性和電絕緣性較好、制作和加工技術成熟而被廣泛應用。
相對于塑料基和金屬基,其優點是:(1)低介電常數,高頻性能好;(2)絕緣性好、可靠性高;(3)強度高,熱穩定性好;(4)熱膨脹系數低,熱導率高;(5)氣密性好,化學性能穩定;(6)耐濕性好,不易產生微裂現象。陶瓷封裝材料缺點是:成本較高,適用于高級微電子器件的封裝,如航空航天和軍事工程的高可靠、高頻、耐高溫、氣密性強的封裝;在移動通信、家用電器、汽車等領域也有著廣泛應用。
美國、日本等國相繼開發出多層陶瓷基片,使其成為一種廣泛應用的高技術陶瓷,目前已投入使用的陶瓷基片材料有Al2O3、BeO和AlN、SiC和莫來石等。從結構與制作工藝,陶瓷基板可分為高溫共燒多層陶瓷基板、低溫共燒陶瓷基板、厚膜陶瓷基板、直接鍵合銅陶瓷基板等,下面將為大家分類說明。
高溫共燒多層陶瓷基板制備工藝是:先將陶瓷粉(Si3N4、Al2O3、AlN)加入有機黏結劑,混合均勻后成為膏狀漿料,接著利用刮刀將漿料刮成片狀,再通過干燥工藝使片狀漿料形成生坯;然后依據各層的設計鉆導通孔,采用絲網印刷金屬漿料進行布線和填孔,最后將各生坯層疊加,置于高溫爐(1600℃)中燒結而成。因為燒結溫度高,導致金屬導體材料的選擇受限(主要為熔點較高但導電性較差的鎢、鉬、錳等金屬),制作成本高,熱導率一般在20~200W/(m·℃)(取決于陶瓷粉體組成與純度)。
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