Какие материалы керамических подложек используются в электронной упаковке?

В процессе упаковки электроники подложка в основном играет роль механической защиты и электрического соединения (изоляции). С развитием технологии электронной упаковки в направлении миниатюризации, высокой плотности, многофункциональности и высокой надежности, плотность мощности электронной системы увеличивается, и проблема теплоотвода становится все более серьезной. Существует множество факторов, влияющих на теплоотвод устройств, среди которых выбор материалов подложки также является ключевым звеном.

В настоящее время существует четыре основных типа материалов подложек, широко используемых в электронной упаковке: полимерные подложки; металлические подложки; композитные подложки; керамические подложки. Керамические подложки широко используются в электронной упаковке благодаря таким преимуществам, как высокая прочность, хорошая изоляция, хорошая теплопроводность и термостойкость, малый коэффициент теплового расширения и хорошая химическая стабильность.

Материалы керамических подложек для упаковки в основном включают оксид алюминия, оксид бериллия и нитрид алюминия. В настоящее время глиноземная керамика является наиболее зрелым керамическим упаковочным материалом, который широко используется благодаря своей хорошей устойчивости к тепловым ударам и электроизоляции, а также зрелой технологии производства и обработки.

В США, Японии и других странах были разработаны многослойные керамические подложки, что сделало их широко используемой высокотехнологичной керамикой. В настоящее время в качестве керамической подложки используются такие материалы, как глинозем, оксид бериллия, нитрид алюминия, карбид кремния и муллит.

По структуре и процессу производства керамические подложки можно разделить на высокотемпературные многослойные керамические подложки совместного обжига, низкотемпературные керамические подложки совместного обжига, толстопленочные керамические подложки и т.д.

Высокотемпературная керамика совместного обжига (HTCC)

Керамический порошок(порошок нитрида кремния, глинозема, порошок нитрида алюминия) был сначала добавлен в органическое связующее вещество, равномерно перемешанное в пасту; затем суспензия соскабливается в листы с помощью скребка, и суспензия формируется в зеленый суспензию через процесс сушки; затем просверлите сквозное отверстие в соответствии с дизайном каждого слоя, и используйте трафаретную печать металлической пастой для проводки и заполнения отверстий; наконец, положите зеленый слой накладки и при высокой температуре печи (1600 ℃) для спекания.

Из-за высокой температуры спекания, выбор металлических проводников материалов ограничен (в основном вольфрам, молибден, марганец и другие металлы с высокой температурой плавления, но плохая электропроводность). Стоимость производства высокотемпературной керамической подложки совместного обжига высока, а ее теплопроводность обычно находится в пределах 20 ~ 200 Вт/(м-℃) (в зависимости от состава и чистоты керамического порошка).

Низкотемпературная керамика совместного обжига (LTCC)

Процесс подготовки керамической подложки для низкотемпературного совместного обжига аналогичен процессу подготовки многослойной керамической подложки для высокотемпературного совместного обжига. Разница заключается в низкой температуре совместного обжига керамических подложек в глинозема порошок смешивается с массовой долей 30% - 30% низкой температурой плавления стекла материалов, снизить температуру спекания до 850 ~ 900 ℃. Поэтому золото и серебро с хорошей проводимостью могут быть использованы в качестве электродов и материалов для проводки.

Однако, с другой стороны, теплопроводность композита составляет всего 2~3 Вт/(м-℃), так как низкотемпературная стеклофаза керамической подложки содержится в керамическом материале. Кроме того, поскольку низкотемпературная керамическая подложка совместного обжига использует технологию трафаретной печати для создания металлического контура, ошибка выравнивания может быть вызвана проблемой сетки; кроме того, коэффициент усадки многослойной керамики отличается, что влияет на выход.

В практическом производстве для улучшения теплопроводности низкотемпературной керамической подложки совместного обжига в области патча могут быть добавлены тепловые или проводящие отверстия, но недостатком является увеличение стоимости. Чтобы расширить область применения керамической подложки, технологии многослойного ламинирования и совместного обжига обычно адаптируются для получения многослойной структуры с полостью, которая отвечает требованиям герметичности электронных устройств и широко используется в областях с жесткими условиями эксплуатации, таких как аэрокосмическая промышленность, и требованиями высокой надежности, такими как оптическая связь.

Толстопленочная керамическая подложка

По сравнению с высокотемпературной многослойной керамической подложкой совместного обжига и низкотемпературной керамической подложкой совместного обжига, толстопленочная керамическая подложка является керамической подложкой после обжига. Процесс подготовки заключается в покрытии металлической пасты на поверхности керамической подложки с технологией трафаретной печати в первую очередь, они могут быть подготовлены после сушки и высокотемпературного спекания (700 ~ 800 ℃).

Металлические пасты обычно состоят из металлических порошков, органических смол и стеклянных порошков. Толщина спеченного металлического слоя составляет 10~20 мкм с минимальной шириной линии 0,3 мм. Благодаря отработанной технологии, простоте процесса и низкой стоимости, толстопленочная керамическая подложка применяется в электронной упаковке с низкими требованиями к точности графики.