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常见问题

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浅谈低温共烧陶瓷基板
2021-11-09
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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T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了基础。

封装对基板材料有这样一些要求:高电阻率>10~14 .cm, 确保信号线间绝缘性能;低介电常数占r,提高信号传输速率;介电损耗珞6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 等高导电率金属共烧形成电路布线基板图;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。 LTCC是主要特性综合如下:

(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%一90%,体积可减少70%一80%,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50pm,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,一般占r≤10,有的材料 可做到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,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,印制精度高,多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。

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。为获得低价介电常数的基板,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。

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A1203、Pb0、M90、Bac03、znO、TiOz等各种氧化物按比例配料、混合,在高温熔制炉 中发生液相反应,通过淬火方法获得玻璃陶瓷粉料,经球磨或超声粉碎法即可制成烧绪}生好的0.1pm~O.5m的高纯、超细、粒度均匀的粉料;后者能获得高活性的玻璃陶瓷粉料,例如,采用化学制备法来制备硼硅酸玻璃BSC粉料,与sioz称重配料共同作为LTCc瓷料,SiO:起骨架作用,玻璃粉填充SiOz间隙,实现液相烧结和控制烧结温度为850℃。

封装用u℃C基板的生瓷带大多采用流延成型方法制造,流延浆料(组分包括粘结剂、溶剂、增塑剂、润湿剂)的流变学行为决定基板的最终质量,具体因素为玻璃/陶瓷粉状态、粘结剂/增塑剂的化学特性、溶剂特性。 流延工艺的关键是设备、材料配方及对参数的控制。

随着MLCC所用瓷料和浆料低温烧结化的深入研发, LTCC基板在芯片封装中的应用日渐广泛,其封装结构紧凑、体积小、重量轻、性能好、可靠性高的特点突显, 技术研发和市场需求紧密结合,成为微电子产业兵家必争之地,器件封装及模块化首选,同时也是发展毫米波雷达及微波IC与光电子器件的当务之急,低成本国产化有很大发展机遇。

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