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流延成型的高介电常数陶瓷复合基片在微电子学上的应用
Alfred . Tok*, Freddy . Boey, . Khor
摘要
目前器件的微型化和集成电路程序包的高器件计数已经显著地增加了在多层陶瓷电容外壳和多层电容器上的应用。生产这种陶瓷基板的关键是使用精确控制带厚、均一、表面光滑的流延带。决定流延成型产品性能的关键是素坯膜厚度的控制。目前,生产和精确再生产小而薄的基板受制于几个因素,其中之一是精确控制素坯膜的厚度。它反过来又受到各种工艺参数和配方所使用的材料的影响。流延成型是在流延机上通过改变刮刀间隙和流延速度成膜。我们可以推断出流延时使用低的流延速度可以获得高精度的带的厚度。然而,当要求的带越薄时,精度就会降低,为了确保精度需要增加流延速度的优化应用。因此当流延成型时为了获得精确和重复性的结果需要优化设定流延速度和刮刀高度设置。确定该优化组合将取决于最终产品所要求的厚度。。
关键词:陶瓷,流延带,氧化铝,带厚,流延刮刀
1. 引言
微电子封装材料工业趋向于实现大的致密化,小型化和更高的运行速度的趋势迫使增加了对更高的热性能,更好的电介质强度和更高的可靠性材料的需求,这导致增加了多层陶瓷基板形式的使用,例如在针栅阵列和球栅阵列上的应用。当前使用的高性能系统例如高纯度氧化铝基板导致了较薄的基板的使用。
目前,一种用于生产精确控制厚度和均一性的扁平陶瓷基板的主要方法是流延成型工艺。这方法基本上开始于一个特殊配方的泥浆,它用一个刀片刮成片状或层状,然后干燥成一个有弹性的片状固体,随后它可以烧结成一个硬层陶瓷基板。
流延成型的应用有很多,其中有一些是氧化铝和氮化铝基质和厚膜电路、薄压电陶瓷执行器、光伏太阳能电池-使用莫来石作为基质归因于它们的热膨胀系数相似于的硅。在参考书目中可以发现更加全面的应用。
为了这个项目已经发展了用一种特殊的能够产生薄且平坦一致基质的压力控制单元。目前的研究工作综合的分为三个方面,材料,基于氧化铝/氮化铝复合泥浆的工艺配方,控制系统的发展和产生所需的有尺寸精度和一致性要求的流延条的进程模型,和最后发展的最佳脱脂及烧结过程的最终复合多层基质。
图一、一个连续的流延过程
在流延成型过程,陶瓷颗粒和其它必要的添加剂分散在溶剂中形成浆料,浆料在流延机上通过刮刀成膜,要么流延台是移动的(图一),要么在固定的流延表面使用移动的的流延槽。浆料经过干燥就形成了薄的陶瓷素坯膜。干燥以后,带中仍然保留有高的有机成分。这些有机成分在烧的时候会在素坯膜中产生开气孔,它必须通过烧结,一个高扩散过程来消除。
控制素坯膜的厚度是流延成型产品的关键。目前,生产和精确再生产小而薄的基板受制于几个因素,其中之一是精确控制素坯膜的厚度。它反过来又受到各种工艺参数和配方所使用的材料的影响。用于Al
2O3基质的工艺参数和配方已经得到了最优化,这就是后来适用于流延成型的复合Al2O3/AlN基板。
为了能够更准确的预测带的厚度,流动性的理论模型已经得到使用。Chou等用流动力学的原理分析了流延成型的流动性。
他们认为类似牛顿流体的泥浆包含有隙科特和观域泊肃叶流流体,可以用下面的方程预测厚度:
(1)
在他们的分析中,体积流量源于在流延槽线性变化的压力(观域泊