集成電路IC芯片的封裝基板可分為剛性有機封裝基板、撓性封裝基板、陶瓷封裝基板這三大類別,它們均可為芯片提供電連接、保護、支撐、散熱、組裝等功效,以實現多引腳化,縮小封裝產品體積、改善電性能及散熱性、超高密度或多芯片模塊化之目的。LTCC是陶瓷封裝基板的一個分支,以其優良的電學、機械、熱學及T藝特征,滿足低頻、數字、射頻和微波器件的多芯片組裝或單芯片封裝的技術要求,在美、日、歐和中國臺灣地區的發展極為迅速,且技術日臻成熟完善,在軍事、航天、航空、通信、計算機、汽車、醫療、消費類電子產品門類中獲得很多研發和應用,開始形成產業雛形,甚至稱LTCC代表著未來陶瓷封裝的發展方向。在國內,教學科研單位從事軍工產品或微波模塊用LTCC的研發初見成效,為其進一步深入產業化奠定了基礎。
封裝對基板材料有這樣一些要求:高電阻率>10~14 .cm, 確保信號線間絕緣性能;低介電常數占r,提高信號傳輸速率;介電損耗珞6小,降低信號在交變電場中的損耗;低的燒結溫度,與低熔點的Ag、cu 等高導電率金屬共燒形成電路布線基板圖;與Si或GaAs相匹配的熱膨脹系數,保證同Si\GaAs芯片封裝的兼容性;較高的熱導率,防止多層基板過熱;較好的物理、化學及綜合機械性能。經過十余年研發培育,LTCC走向市場的速度加快。 LTCC是主要特性綜合如下:
(1)數十層電路基片重疊互連,內置無源元件,可提高組裝密度、生產效率與可靠性,與同樣功能的SMT組裝電路構成的整機相比,改用LTcc模塊后,整機的重量可減輕80%一90%,體積可減少70%一80%,單位面積內的焊點減少95%以上,接口減少75%,提高整機可靠性達5倍以上;
(2)可制作精細線條和線距離,線寬/間距甚至可達到50pm,較適合高速、高頻組件及高密度封 裝的精細間距的倒裝芯片;
(3)介電常數較小,一般占r≤10,有的材料 可做到3.5左右,高頻特性非常優良,信號延遲時間可減少33%以上;
(4)較好的溫度特性,熱傳導性優于印刷電路板,較小的熱膨脹系數可降低芯片與基板間的熱應力,有利于芯片組裝;
(5)采用低電阻率混合金屬化材料和cu系統形成電路布線圖形,金屬化微帶方阻及微帶插損很低,并利用疊加不同介電常數和薄膜厚度的方式控制電容器的電容量與電感器的特性;
(6)可混合模擬、數字、射頻、光電、傳感器電路技術,進一步實現多功能化;
(7)制作工藝一次燒結成型,印制精度高,多層基板生瓷帶可分別逐步檢查,有利于生產效率提高,非常規形狀集成封裝的研制周期短。
LTCC基板材料的選取及制備工藝取得了很多令人滿意的成效,加入玻璃是實現LTCC技術的重要措施,陶瓷粉料的比例是決定材料物理性能與電性能的關鍵因素。為獲得低價介電常數的基板,必須選擇低介電常數的玻璃和陶瓷,主要有硼硅酸玻璃/填充物質、玻璃/氧化鋁系、玻璃/莫來石系等,要求填充物在燒結時能與玻璃形成較好的浸潤。
LTcc陶瓷粉料的制備多采用高溫熔融法或化學制備法,前者將A1203、Pb0、M90、Bac03、znO、TiOz等各種氧化物按比例配料、混合,在高溫熔制爐 中發生液相反應,通過淬火方法獲得玻璃陶瓷粉料,經球磨或超聲粉碎法即可制成燒緒}生好的0.1pm~O.5m的高純、超細、粒度均勻的粉料;后者能獲得高活性的玻璃陶瓷粉料,例如,采用化學制備法來制備硼硅酸玻璃BSC粉料,與sioz稱重配料共同作為LTCc瓷料,SiO:起骨架作用,玻璃粉填充SiOz間隙,實現液相燒結和控制燒結溫度為850℃。
封裝用u℃C基板的生瓷帶大多采用流延成型方法制造,流延漿料(組分包括粘結劑、溶劑、增塑劑、潤濕劑)的流變學行為決定基板的最終質量,具體因素為玻璃/陶瓷粉狀態、粘結劑/增塑劑的化學特性、溶劑特性。 流延工藝的關鍵是設備、材料配方及對參數的控制。
隨著MLCC所用瓷料和漿料低溫燒結化的深入研發, LTCC基板在芯片封裝中的應用日漸廣泛,其封裝結構緊湊、體積小、重量輕、性能好、可靠性高的特點突顯, 技術研發和市場需求緊密結合,成為微電子產業兵家必爭之地,器件封裝及模塊化首選,同時也是發展毫米波雷達及微波IC與光電子器件的當務之急,低成本國產化有很大發展機遇。