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1、个人资料整理仅限学习使用微机电与封装技术结课论文题目 LTCC 与HTCC勺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# / 27个人资料整理 仅限学习使用目录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 81.4 LTCC实现烧结的方法141.5 LTCC的分类151.6 LTCC的优缺点171.7 LTCC的应用191.8 LTC
2、C的发展前景214 .HTCC和LTCC的对比235 .结束语246 .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，列个人资料整理 仅限学习使用出其中的优缺点，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。b5E2RGbCAPAbstractThis paper introduces the high temperature co-firing ceramic (HTCC and low t
3、emperature co-firing ceramic (LTCC technology,material 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 fo
4、rward some Suggestions in enhancing the properties 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 futu rep1EanqFDPw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
5、、 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。具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。DXDiTa9E3d2 .HTCC技术介绍2.1 HTCC 简介HTCC 英文全称 High Temperature co-fi
6、red Ceramic ,是一以 采用将其材料为鸨、铝、铝 镒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，4八 8 %的烧结助剂然后多层叠合，在15001600 C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、六价铭、 多澳联苯、多澳二苯醍等有害物质，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 须采用鸨、铝、镒等难熔金属材料，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
7、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 RTCrpUDGiT2.2 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，外力口 48%的烧结助剂在1500- 1700 C下烧 结而成，其导线材料为鸨、铝、铝一镒等难熔金属。该基板技术成 熟，介质材料成本低，热导率和抗弯强度较
8、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。5PCZVD7HXA2.3.2 莫来石莫来石的介电常数为7.3- 7.5,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鸨、银、铝等，电阻率较大而且热导率低于氧化铝基板。
9、jLBHrnAILg2.3.3 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。xHAQX74J0X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氮化铝基板与鸨、铝等导体共烧后， 其热导率有所下降；（5丝网印刷的电阻器及
10、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外层导体必须镀银镀 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。LDAYtRyKfE2.4 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
11、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梢、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HTCC制作的弧形发热片和圆形发热片。Zzz6ZB2Ltk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#
12、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13001600 C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 1玄 TlTf 牛 o dvzfvkwMII3 .LTCC技术介绍3.
13、1 LTCCM 介LTCC 英文全称 Low Temperature co-fired Ceramic ,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。rqyn14ZNXI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、模组化的首选方式，广泛用于基板、 封装及微波器件等领域。EmxvxOtOcoLTCC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
14、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。SixE2yXPq5n od出加n +“屿加坨间甘同懈i】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6ewMyirQFL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。kavU42VRUs图1中原材料Raw Material ）是指将玻
15、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。y6V3AL0s89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。M2ub6vSTnP tnimk Slurry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 C温度下烘烤约30 min ,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。 0YujCfmUCw1.1.3 打孔通孔质量的好坏直接影响布
