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1、微机电与封装技术结课论文题目 LTCC与HTCC的研究现状 小组成员 刘歆艺,王鹏,胡盛世,张磊 专业 电子封装技术 所在班级 041161班 指导老师 田文超老师 二零一四年四月目录1.引言32.HTCC技术介绍32.1 HTCC简介32.2 HTCC的工艺概述42.3 HTCC的分类42.4 HTCC的应用62.5 HTCC的发展73.LTCC技术介绍73.1 LTCC简介73.2 LTCC的工艺概述83.4 LTCC实现烧结的方法143.5 LTCC的分类153.6 LTCC的优缺点173.7 LTCC的应用193.8 LTCC的发展前景214.HTCC和LTCC的对比235.结束语24
2、6.参考文献257.附录26摘要本文介绍了高温共烧陶瓷（HTCC）和低温共烧陶瓷（LTCC）的工艺、材料特性、应用及发展趋势，并且对两种材料进行了分析，列出其中的优缺点，并讨论了高、低温共烧陶瓷的材料选择、工艺过程，然后在提高材料性能方面提出了一些建议和方法，同时介绍了高、低温共烧陶瓷的国内外研究状况及今后的发展趋势。AbstractThis paper introduces the high temperature co-firing ceramic (HTCC) and low temperature co-firing ceramic (LTCC) technology， materia
3、l properties， application and development trend， and analyses the two kinds of material， lists the advantages and disadvantages， and discusses the high and low co-firing ceramic material selection， technological process and control， and then puts forward some Suggestions in enhancing the properties
4、of ceramic materials and methods， and introduces the high and low co-firing ceramic research status at home and abroad and the development trend in the future。关键词：HTCC，LTCC，工艺，应用，优缺点分析，发展前景1.引言近年来，随着军用电子整机、通讯类电子产品及消费类电子产品迅速向短、小、轻、薄方向发展，手机、PDA、MP3、笔记本电脑等终端系统的功能愈来愈多，体积愈来愈小，电路组装密度愈来愈高。若能将部分无源元件集成到基板中，则
5、不仅有利于系统的小型化，提高电路的组装密度，还有利于提高系统的可靠性。目前的集成封装技术主要有薄膜技术、硅片半导体技术、多层电路板技术以及共烧陶瓷技术。其中共烧陶瓷技术分为两类，即高温共烧陶瓷和低温共烧陶瓷。本文综合介绍了两种共烧陶瓷技术的现状、工艺及其优势，探讨了共烧陶瓷技术在开发功能器件及模块，特别是高频功能模块应用的可行性。2.HTCC技术介绍2.1 HTCC简介HTCC英文全称High Temperature co-firedCeramic，是一以采用将其材料为钨、钼、钼锰等高熔点金属发热电阻浆料按照发热电路设计的要求印刷于9296的氧化铝流延陶瓷生坯上，48的烧结助剂然后多层叠合，在
6、15001600下高温下共烧成一体，从而具有耐腐蚀、耐高温、寿命长、高效节能、温度均匀、导热性能良好、热补偿速度快等优点，而且不含铅、镉、汞、六价铬、多溴联苯、多溴二苯醚等有害物质，符合欧盟RoHS等环保要求。因烧成温度高，HTCC不能采用金、银、铜等低熔点金属材料，必须采用钨、钼、锰等难熔金属材料，这些材料电导率低，会造成信号延迟等缺陷，所以不适合做高速或高频微组装电路的基板。但是，由于HTCC基板具有结构强度高、热导率高、化学稳定性好和布线密度高等优点，因此在大功率微组装电路中具有广泛的应用前景2.2 HTCC的工艺概述由于HTCC的工艺与LTCC的工艺基本相同，因此此部分叙述省略，详情见
7、3.4 LTCC的工艺概述2.3 HTCC的分类高温共烧陶瓷中较为重要的是以氧化铝、莫来石和氮化铝为主要成分的陶瓷。2.3.1 氧化铝氧化铝陶瓷技术是一种比较成熟的微电子封装技术，它 由 9296%氧 化 铝，外 加 48% 的烧结助剂在1500- 1700下烧结而成，其导线材料为钨、钼、钼一锰等难熔金属。该基板技术成熟，介质材料成本低，热导率和抗弯强度较高。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)热膨胀系数与硅相差较大，从而限制了它在巨型计算机上的应用。2.3.2 莫来石莫来石的介电常数为 7.3- 7
8、.5， 而氧化铝( 96%) 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。不过此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。2.3.3 氮化铝对于氮化铝基板来说，由于氮化铝热导率高，热膨胀系数与Si、SiC和GaAs等半导体材料相匹配，其介电常数和介质损耗均优于氧化铝，并且 AlN 是较硬的陶瓷，在严酷的环境条件下仍能很好地工作，比如在高温时 AlN 陶瓷依然具有极
9、好的稳定性，因此，氮化铝用作多层基板材料，在国内外都得到了广泛研究并已经取得令人瞩目的进展。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)介电常数与低温共烧陶瓷介质材料相比还较高；(4)氮化铝基板与钨、钼等导体共烧后， 其热导率有所下降；(5)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；(6)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。虽然有这些缺点，但从总体上来说，氮化铝基板比其他高温共烧
10、陶瓷基板有更多的优势，在高温共烧陶瓷领域有很好的发展前途。2.4 HTCC的应用 HTCC陶瓷发热片是一种新型高效环保节能陶瓷发热元件，相比PTC陶瓷发热体，具有相同加热效果情况下节约2030%电能，所以，产品广泛应用于日常生活、工农业技术、军事、科学、通讯、医疗、环保、宇航等众多领域，如小型温风取暖器、电吹风、烘干机、干衣机、暖气机、冷暖抽湿机、暖手器、干燥器、电热夹板、电熨斗、电烙铁、卷发烫发器、电子保温瓶、保温箱、保温柜、煤油汽化炉、电热炊具、座便陶瓷加热器、热水器，红外理疗仪、静脉注射液加热器、小型专用晶体器件恒温槽、工业烘干设备、电热粘合器，水、油及酸碱液体等的加热元件。如图所示是用
11、HTCC制作的弧形发热片和圆形发热片。弧形发热片 圆形发热片 图1 HTCC制作的弧形发热片和圆形发热片。2.5 HTCC的发展HTCC作为一种新型的高导热基板和封装材料，具有高热导率、低热膨胀系数、低介电常数和低介质损耗、高机械强度等特点。因此它可以实现电性能#热性能和机械性能的优化设计，能够满足器件、模块和组件的高功、高密度、小型化和高可靠要求。但是， 高温共烧陶瓷(HTCC)电路互连基板中，W、Mo的电阻率较高，电路损耗较大。随着超大规模集成电路的应用频率和电路速度提升，电子设备的小型化等趋势对高密度封装提出更高要求。而且，HTCC的陶瓷粉末并无加入玻璃材质，HTCC必须在高温13001
12、600环境下干燥硬化成生胚，接着钻上导通孔，以网版印刷技术填孔与印制线路，因其共烧温度较高，使得金属导体材料的选择受限，而且会大大增加其成本。因此，低温共烧陶瓷(LTCC)应运而生。3.LTCC技术介绍3.1 LTCC简介LTCC英文全称Low Temperature co-firedCeramic，叫做低温共烧陶瓷技术。LTCC是一种将未烧结的流延陶瓷材料叠层在一起而制成的多层电路，内有印制互联导体、元件和电路，并将该结构烧结成一个集成式陶瓷多层材料。低温共烧陶瓷技术（LTCC）是近年来兴起的一种相当令人瞩目的多学科交叉的整合组件技术，以其优异的电子、机械、热力特性已成为未来电子元件集成化、
13、模组化的首选方式，广泛用于基板、封装及微波器件等领域。LTCC技术最早由美国开始发展，初期应用于军用产品，后来欧洲厂商将其引入车用市场，而后再由日本厂商将其应用于资讯产品中。目前，LTCC材料在日本、美国等发达国家已进入产业化、系列化和可进行材料设计的阶段。图2 共烧陶瓷多层基板的典型结构3.2 LTCC的工艺概述图3给出了LTCC 工艺流程，主要有混料、流延、打孔、填孔、丝网印刷、叠片、等静压、排胶烧结等主要工序，下面简单介绍各个工序工艺。图3 多层共烧陶瓷的工艺过程3.2.1 流延工艺流延工艺包括配料、真空除气和流延三道工序，流延工艺的关键是对生瓷带的致密性、厚度的均匀性和强度进行控制。图
14、1中原材料（Raw Material）是指将玻璃陶瓷粉和有机粘合剂按照一定的比例配方得到的混合物，经过浆化（slurry）形成（Pastes），通过流延工艺形成致密、厚度均匀并具有足够厚度的生瓷带。烘干后，将生瓷带卷在轴上备用。有机粘合剂通常包括树脂、增塑剂、润湿剂、溶剂等有机成分，是流延工艺中的关键材料，它的含量控制流延浆料的年度和生瓷带的强度及塑性。粘合剂在基板烧结过程中的全部排除。因浆料中含有大量的气泡，故要进行真空除气，以免在生瓷带中出现针孔，为此要求真空室应具有良好的气密性，以免浆料因氧化二出现结皮、起皱等现象。图4 流延工艺的基本过程3.2.2 下料生瓷带大多以卷轴形式供货， 下料
15、时应将其展开于洁净的不锈钢工作台面之上， 可采用切割机、激光或冲床进行切割。如果采用激光切割， 应注意控制激光的功率以免引起生瓷带的燃烧。有些生瓷带在切割前要进行预处理， 在12 0 温度下烘烤约30 m in ，时间的长短根据不同的厂家和材质而不同。如需进行预处理， 则在生瓷带切割时的尺寸应略大于下料的尺寸。下料时应用下料膜来设定定位孔和叠压工具用孔(但应考虑X /Y 方向的伸缩率)。3.3.3 打孔通孔质量的好坏直接影响布线的密度和通孔金属化的质量， 通孔过大或过小都不易形成盲孔。生瓷带的打孔主要有3 种方法：钻孔、冲孔和激光打孔。钻孔的打孔速度为每秒3 -5个孔， 精度较差， 且钻头直径很小， 钻头易折， 钻孔成本昂贵；冲孔的速度大于钻孔的速度， 根据冲床的不同和所冲孔的复杂程度而有所变化， 孔径小于钻孔并且精度很高，是很好的打孔方法；激光法所打孔精度和孔径都介于钻孔和冲孔之间， 但
