LTCC技術在微電子領域的應用市場和發(fā)展前景

引言

低溫共燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)技術是一種新型微電子封裝技術，它集多層互連、埋置無源元件和氣密性封裝于一體，而且高頻特性優(yōu)良，技術優(yōu)勢明顯。因此，LTCC技術在微電子領域具有十分廣闊的應用市場和發(fā)展前景。

1、工藝原理及流程

新型限制性壓力輔助燒結工藝綜合了壓力輔助燒結和無壓力輔助燒結的技術特點。首先采用常規(guī)三維收縮LTCC生瓷帶(DuPont 951PT) 制作生瓷基板，然后根據基板的厚度在其上下表面制作厚度均勻的高溫夾層，將高溫夾層作為限制層放入等靜壓機進行壓合獲得密實的“三明治”結構試驗樣塊，將一定重量的壓塊壓在試驗樣塊上一起放入共燒爐進行常規(guī)燒結，壓塊與高溫夾層的共同作用限制LTCC 基板在平面方向的收縮，燒結后去除高溫夾層，最后得到零收縮的LTCC基板。通過該工藝可將LTCC板的平面尺寸燒結收縮率控制0.5% ±0.05% (Z方向的收縮率約為38.5% ) ，其工藝流程如圖1所示。

2、關鍵參數(shù)對燒結效果的影響

(1) 輔助壓力對燒結收縮率的影響

制作9層3cm×4cm的標準樣塊，然后選用不同重量的壓塊作為重物施加壓力，進行燒結，最后計算樣塊在X-Y和Z方向的收縮率，如圖2和圖3所示。

從圖2可以看出，隨著壓強的增大，樣塊在X-Y方向的收縮率變小，當壓強為6000～ 15000Pa時，收縮率為0.3%-0.5%，基本趨于穩(wěn)定，達到零收縮的目的，即通過高溫夾層限制了樣塊在平面方向的收縮。而Z方向的收縮率隨著壓力的增大而增大，當壓強為6000～15000Pa時，Z方向的收縮率為37.62%～38.59% ，并趨于穩(wěn)定，經過計算此時樣塊的密度為3.10～3.16g/cm3，與常規(guī)工藝下燒結樣塊的密度一致。

述（最多18字

(2) 輔助壓力對樣品表面缺陷的影響

試驗發(fā)現(xiàn)，燒結時如果不施加壓力或者壓力較小時，樣塊會出現(xiàn)翹曲及裂紋等缺陷( 如圖4所示)。分析認為: 燒結時樣塊在平面方向有收縮傾向，如果沒有壓力，那么高溫夾層材料對LTCC瓷片的限制就不充分，就會出現(xiàn)翹曲現(xiàn)象;當壓力小時，瓷片在平面方向的收縮受到高溫夾層的限制，但Z方向自身的收縮程度不充分，就導致燒結后整個瓷塊密度小，強度差，在內應力的作用下出現(xiàn)裂紋。如果施加合適的壓力促進Z方向的收縮，提高瓷塊自身的強度，就可以避免出現(xiàn)裂紋等缺陷。

3、在平面零收縮LTCC基板中的應用

用9層生瓷片制作一定尺寸的LTCC標準樣品， 按照該工藝進行限制性壓力輔助燒結，經測試，樣品在平面方向的收縮率不均勻性不大于±0.05% 圖5和圖6為燒結前后的部分樣品。

4、在高平整性 LTCC 基板中的應用

LTCC工藝中金屬漿料與生瓷片的燒結收縮率存在一定的差異，因此在LTCC共燒過程中會出現(xiàn)不同程度的翹曲，對于內部圖形分布不均勻的產品，此現(xiàn)象更加常見。采用限制性壓力輔助燒結技術，由于燒結過程中樣品始終受到壓塊的壓力，樣品在平面方 向沒有收縮，也就不會發(fā)生翹曲現(xiàn)象。

5、結束語

本文介紹了一種新型零收縮LTCC基板制造工藝，研究了影響該工藝過程的主要工藝因素。采用常規(guī)三維收縮LTCC生瓷片和普通低溫共燒結爐即可完成零收縮LTCC基板的制作，無需添置特殊設備和更換材料體系，工藝簡單，成本低廉，應用方便。通過該 工藝方法，可以實現(xiàn)平面零收縮LTCC基板、高平整性LTCC基板等特殊樣品的加工制造。相信該工藝在高密度MCM-C、MCM-C/D、LTCC微系統(tǒng)等特殊結構應用中還會發(fā)揮更大作用?！　?/p>