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引言
低溫共燒陶瓷(Low?Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)技術(shù)是一種新型微電子封裝技術(shù)，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(shù)優(yōu)勢明顯。因此，LTCC技術(shù)在微電子領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)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(jié)工藝綜合了壓力輔助燒結(jié)和無壓力輔助燒結(jié)的技術(shù)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(jù)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(jié)構(gòu)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(jié)，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(jié)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(jié)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(guān)鍵參數(shù)對燒結(jié)效果的影響
(1) 輔助壓力對燒結(jié)收縮率的影響
制作9層3cm×4cm的標(biāo)準(zhǔn)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(jié)，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(dāng)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(dāng)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(jīng)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(jié)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(jié)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(rèn)為: 燒結(jié)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(dāng)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(dǎo)致燒結(jié)后整個瓷塊密度小，強度差，在內(nèi)應(yīng)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(yīng)用
用9層生瓷片制作一定尺寸的LTCC標(biāo)準(zhǔn)樣品， 按照該工藝進行限制性壓力輔助燒結(jié)，經(jīng)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(jié)前后的部分樣品。
4、在高平整性 LTCC 基板中的應(yīng)用
LTCC工藝中金屬漿料與生瓷片的燒結(jié)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(nèi)部圖形分布不均勻的產(chǎn)品，此現(xiàn)象更加常見。采用限制性壓力輔助燒結(jié)技術(shù)，由于燒結(jié)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(jié)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(jié)爐即可完成零收縮LTCC基板的制作，無需添置特殊設(shè)備和更換材料體系，工藝簡單，成本低廉，應(yīng)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(jié)構(gòu)應(yīng)用中還會發(fā)揮更大作用。
