《陶瓷封装》PPT课件.ppt

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1、第八章陶瓷封装8.1陶瓷材料特性简介陶瓷材料大多是氧化物、氮化物、硼化物和碳化物等。由于其化学键通常是离子键或共价键，陶瓷的化学稳定性好。陶瓷被用做集成电路芯片封装的材料，是因它在热、电、机械特性等方面极稳定，而且陶瓷材料的特性可以通过改变其化学成分和工艺的控制调整来实现，不仅可作为封装的封盖材料，它也是各种微电子产品重要的承载基板。离子键离子键结合的材料也是晶态，其电阻率和相对介电常数都比较高。由于键的强度高，所以其熔点较高，在较高温度下也不易断键。基于此，离子键的陶瓷化学稳定性好，在普通溶液和大部分酸中

2、不易腐蚀。共价键陶瓷中也存在一部分共价键，特别是在硅基和碳基陶瓷中。外层电子共用形成了共价键。共价键也是强度很高的化学键。陶瓷封装的缺点：与塑料封装比较，陶瓷封装的工艺温度较高，成本较高；工艺自动化与薄型化封装的能力逊于塑料封装；陶瓷材料具有较高的脆性，易致应力损害；在需要低介电常数与高连线密度的封装中，陶瓷封装必须与薄膜封装竞争。图陶瓷封装与塑料封装工艺流程陶瓷的表面性质参数1、表面粗糙度它是对表面微观结构的量度，通常来说晶粒尺寸越小，表面越光滑。表征这一量度的参数有两种：RMS值（均方根值）和算术平均值

3、（CLA）。表面形貌示意图rmsrms值（均方根值）法首先将图形等分为n个小段，再度量每小段的高度值，最后通过下式计算出CLA平均值（通常指的是中心线平均值，CLA），可由下式算得：其中，a1,a2,a3为分割后每段的面积，L为行程长度。rms与CLA的比较这两种方法中，由于CLA的计算与表面粗糙度联系更直接，这种方法也更受欢迎。但它也有一定的缺陷：对于一些周期不同、振幅相同的表面形貌在实际应用中会有不同的效果，但它们的CLA值相同。2、弯曲度它表征基板表面与理想平面的偏离程度。弯曲度的单位是长度/长度。表

4、示每单位长度的基板对理想平面的偏离。弯曲度的测量：首先将基板放置在预先排列的平行基板之间。平行板间距根据情况设置。将基板能够通过的最小距离减去基板厚度，再除以基板最长距离。陶瓷的机械性能陶瓷材料的机械性能强烈依赖于陶瓷中原子间化学键的牢固程度。非常小的塑性形变就可能会引起陶瓷失效，陶瓷很容易断裂。1、弹性模量某一材料在较高温度下，每单位长度的净伸长，即应变为上式中，E为长度方向上的线性应变。热膨胀系数样品每单位长度上的伸长带来的应力(S)由Hooke定律给出：式中，S为材料的应力，单位N/m2,Y为弹性模量

5、，单位N/m2。如果总应力超过材料本身的强度，就会在样品上形成机械裂纹。2、硬度陶瓷是已知最硬的基板。测试硬度的最常用方法是努氏法，即用金刚石压刀在材料上轻压，留下痕迹。然后测量此痕迹的深度，并定量转换为等级，称为努氏等级。表部分陶瓷的努氏等级材料努氏等级（100g）金刚石7000氧化铝2100氮化铝1200氧化铍1200氮化硼5000碳化硅25003、热冲击热冲击是指由于急剧加热或冷却，使物体在较短的时间内产生大量的热交换，温度发生剧烈的变化时，该物体就要产生冲击热应力，这种现象称为热冲击。可以用热承受因

6、子来衡量基板忍受热应力的能力。材料热承受因子氧化铝（99%）0.640氧化铝（96%）0.234氧化铍（99.5%）0.225氮化硼648氮化铝2.325碳化硅1.40金刚石30.298.2陶瓷生产流程图陶瓷生产主要流程原料浆料流延带切片冲孔填孔丝网印刷叠层划切共烧成型电镀1、流延成型法可将随着聚酯薄膜输送带所移出的浆料刮制成厚度均匀的薄带，生胚片的表面同时吹过与输送带运动方向相反的滤净热空气使其缓慢干燥，然后再卷起，并切成适当宽度的薄带。未烧结前，一般生胚片的厚度约在0.2~0.28mm之间。2、干式压制

7、成型（DryPress）与滚筒压制成型（RollCompaction）干式压制的方法为低成本的陶瓷成型技术，适用于单芯片模块封装的基板及封盖等形状简单板材的制作。干式压制成型将陶瓷粉末置于模具中，施予适当的压力压制成所需形状的生胚片后，再进行烧结。滚筒压制成型将以喷雾干燥法制成的陶瓷粉粒经过两个并列的反向滚筒压制成生胚片，所使用的原料中黏结剂的所占的比例高于干式压制法，但低于刮刀成型法所使用的原料。所得的生胚片可以切割成适当形状或冲出导孔。因质地较硬而不适于叠合制成多层的陶瓷基板。3、打孔主要分为机械钻孔法

8、，机械冲孔法和激光打孔法。（1）机械钻孔法：该法打孔速度慢，精度较差。且在打小孔时，由于钻头直径较小，易于弯折。（2）机械冲孔法：该法打孔速度快，精度较高。最小孔径可达0.05mm。（3）激光打孔激光打孔法速度最快，打孔精度和孔径都介于钻孔和冲孔之间。由于激光打孔过程不与工件接触，因此加工出来的工件清洁无污染。图激光打孔形成的微孔图激光打孔机4、通孔填充主要使用的是掩模印刷法。对于高密度布线的LTCC基板，采用掩