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低温共烧陶瓷基板及其封装应用 ： 网络采集 ????发布时间:2007-1-26 11:40:54?? 集成电路IC芯片的封装基板可分为刚性有机封装基板、挠性封装基板、陶瓷封装基板这三大类别，它们均可为芯片提供电连接、保护、支撑、散热、组装等功效，以实现多引脚化，缩小封装产品体积、改善电性能及散热性、超高密度或多芯片模块化之目的LTCC是陶瓷封装基板的一个分支，以其优良的电学、机械、热学及工艺特征，满足低频、数字、射频和微波器件的多芯片组装或单芯片封装的技术要求，在美、日、欧和中国台湾地区的发展极为迅速，且技术日臻成熟完善，在军事、航天、航空、通信、计算机、汽车、医疗、消费类电子产品门类中获得很多研发和应用，开始形成产业雏形，甚至称LTCC代表着未来陶瓷封装的发展方向。在国内，教学科研单位从事军工产品或微波模块用LTCC的研发初见成效，为其进一步深入产业化奠定坚实基础。 所谓的LTCC基板是与高温共烧陶瓷HTCC基板（Al2O3、BeO、AIN等）相对应的另类封装基板材料，与HTCC的区别是陶瓷粉体配料和金属化材料不同，在烧结上控制更容易，烧结温度更低，具体而言，LTCC主要采用低温（800℃-900℃，）烧结瓷料与有机粘合剂/增塑剂按一定比例混合，通过流延生成生瓷带或生坯片，在生瓷带送上程冲孔或激光打孔、金属化布线及通孔金属化，然后进行叠片、热压、切片、排胶、最后约900℃低温烧结制成多层布线基板。多芯片模块用LTCC基板的显著特征是与导体（Cu、Ag等）布线，以及可内置（埋）构成无源元件的电阻器、电容器、 电感器、滤波器、变压器（低温共烧铁氧体）的材料同时烧成，在顶层键合IC，大规模LSI及超大规模LSI等有源器件的芯片。 封装对基板材料有这样一些要求：高电阻率1014Ω.cm，确保信号线间绝缘性能；低介电常数εr，提高信号传输速率，介电损耗tgδ小，降低信号在交变电场中的损耗，低的烧结温度，与低熔点的Ag、Cu等高电导率金属共烧形成电路布线图；与Si或GaAs相匹配的热膨胀系数，保证同Si、GaAs芯片封装的兼容性，较高的热导率，防止多层基板过热，较好的物理、化学及综合机械性能经过十余年研发培育，LTCC走向市场的速度加快，几种市售LTCC基板生瓷带的材料性能如表1所示，LTCC的主要特性综合如下： （1）数十层电路基片重叠互连，内置无源元件，可提高组装密度、生产效率与可靠性、与同样功能的SMT组装电路构成的整机相比，改用LTCC模块后，整机的重量可减轻80%-90%，体积可减少70%-80%，单位面积内的焊点减少95%以上，接口减少75%，提高整机可靠性达5倍以上； （2）可制作精细线条和线距离，线宽/间距甚至可达到50μm，较适合高速、高频组件及高密度封装的精细间距的倒装芯片； （3）介电常数较小，一般εr≤10，有的材料科做到3.5左右，高频特性非常优良，信号延迟时间可减少33%以上； （4）较好的温度特性，热传导性优于印刷电路板PCB，较小的热膨胀系数可降低芯片与基板间的热应力，有利于芯片组装； （5）采用低电阻率混合金属化材料和Cu系统形成电路布线图形，金属化微带方阻及微带插损很低，并利用叠加不同介电常数和薄膜厚度的方式控制电容器的电容量与电感器的特性； （6）可混合模拟、数字、射频、光电、传感器电路技术，进一步实现多功能化； （7）制作工艺一次烧结成型，印刷精度高，过层基板生瓷带可分别逐步检查，有利于生产效率提高，非常规形状集成封装的研制周期短。 表2示出市场上可供选择的LTCC、HTCC、PCB的FR-4、高性能聚四氟乙烯PTFE等基板性能比较，可以看出没有任何有机材料可与LTCC基板的高频性能、尺寸和成本进行综合比较，虽然LTCC产业规模逐渐扩大，但是生产成本仍较PCB基板与厚膜电路基板高，降低成本，壮大产业是扩张应用的首选目标。 LTCC基板材料的选取及制备工艺取得了很多令人满意的成效，加入玻璃是实现LTCC技术的重要措施，陶瓷粉料的比例是决定材料物理性能与电性能的关键因素为获得低介电常数的基板，必须选择低介电常数的玻璃和陶瓷，主要有硼硅酸玻璃/填充物质、玻璃/氧化铝系、玻璃/莫来石系等，要求填充物在烧结时能与玻璃形成较好的浸润，表3示出某公司的硼硅酸玻璃陶瓷组分及相对应材料的介电常数。 近年来的研发重要为微晶玻璃系和玻璃、陶瓷复合系统两类，如Al2O3-MgO-B2O3-P2O5微晶玻璃系，硅酸盐加Al2O3、SiO2玻璃陶瓷复合系，硼酸硅盐玻璃加SiO2陶瓷复合系BSGC，高硅玻璃陶瓷HSGC复合系等基板材料。为降低玻璃/氧化铝系的介电常数，在氧化铝中，加入比例大约是50：50的低介电常数的玻璃成分如表4所示。 LTCC陶瓷粉料的制备多采用高温熔融法或化学制备法，前者将Al2O3、P