非金屬材料專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文外文翻譯流延成型的高介電常數(shù)陶瓷復(fù)合基片在微電子學(xué)上的應(yīng)用

1、外 文 資 料 翻 譯流延成型的高介電常數(shù)陶瓷復(fù)合基片在微電子學(xué)上的應(yīng)用alfred i.y. tok*, freddy y.c. boey, k.a. khor摘 要目前器件的微型化和集成電路程序包的高器件計(jì)數(shù)已經(jīng)顯著地增加了在多層陶瓷電容外殼和多層電容器上的應(yīng)用。生產(chǎn)這種陶瓷基板的關(guān)鍵是使用精確控制帶厚、均一、表面光滑的流延帶。決定流延成型產(chǎn)品性能的關(guān)鍵是素坯膜厚度的控制。目前，生產(chǎn)和精確再生產(chǎn)小而薄的基板受制于幾個(gè)因素，其中之一是精確控制素坯膜的厚度。它反過(guò)來(lái)又受到各種工藝參數(shù)和配方所使用的材料的影響。流延成型是在流延機(jī)上通過(guò)改變刮刀間隙和流延速度成膜。我們可以推斷出流延時(shí)使用低的流延速

2、度可以獲得高精度的帶的厚度。然而，當(dāng)要求的帶越薄時(shí)，精度就會(huì)降低，為了確保精度需要增加流延速度的優(yōu)化應(yīng)用。因此當(dāng)流延成型時(shí)為了獲得精確和重復(fù)性的結(jié)果需要優(yōu)化設(shè)定流延速度和刮刀高度設(shè)置。確定該優(yōu)化組合將取決于最終產(chǎn)品所要求的厚度。由科學(xué)s.a.1999年發(fā)表保留所有權(quán)利。關(guān)鍵詞：陶瓷，流延帶，氧化鋁，帶厚，流延刮刀1. 引言微電子封裝材料工業(yè)趨向于實(shí)現(xiàn)大的致密化，小型化和更高的運(yùn)行速度的趨勢(shì)迫使增加了對(duì)更高的熱性能，更好的電介質(zhì)強(qiáng)度和更高的可靠性材料的需求，這導(dǎo)致增加了多層陶瓷基板形式的使用，例如在針柵陣列和球柵陣列上的應(yīng)用。當(dāng)前使用的高性能系統(tǒng)例如高純度氧化鋁基板導(dǎo)致了較薄的基板的使用。目前，

3、一種用于生產(chǎn)精確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藝。這方法基本上開(kāi)始于一個(gè)特殊配方的泥漿，它用一個(gè)刀片刮成片狀或?qū)訝?，然后干燥成一個(gè)有彈性的片狀固體，隨后它可以燒結(jié)成一個(gè)硬層陶瓷基板。流延成型的應(yīng)用有很多，其中有一些是氧化鋁和氮化鋁基質(zhì)和厚膜電路、薄壓電陶瓷執(zhí)行器、光伏太陽(yáng)能電池-使用莫來(lái)石作為基質(zhì)歸因于它們的熱膨脹系數(shù)相似于的硅。在參考書目中可以發(fā)現(xiàn)更加全面的應(yīng)用。為了這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)發(fā)展了用一種特殊的能夠產(chǎn)生薄且平坦一致基質(zhì)的壓力控制單元。目前的研究工作綜合的分為三個(gè)方面，材料，基于氧化鋁/氮化鋁復(fù)合泥漿的工藝配方，控制系統(tǒng)的發(fā)展和產(chǎn)生所需的有尺寸精度和一致性要求的流延條的

4、進(jìn)程模型，和最后發(fā)展的最佳脫脂及燒結(jié)過(guò)程的最終復(fù)合多層基質(zhì)。圖一、一個(gè)連續(xù)的流延過(guò)程在流延成型過(guò)程，陶瓷顆粒和其它必要的添加劑分散在溶劑中形成漿料，漿料在流延機(jī)上通過(guò)刮刀成膜，要么流延臺(tái)是移動(dòng)的（圖一），要么在固定的流延表面使用移動(dòng)的的流延槽。漿料經(jīng)過(guò)干燥就形成了薄的陶瓷素坯膜。干燥以后，帶中仍然保留有高的有機(jī)成分。這些有機(jī)成分在燒的時(shí)候會(huì)在素坯膜中產(chǎn)生開(kāi)氣孔，它必須通過(guò)燒結(jié)，一個(gè)高擴(kuò)散過(guò)程來(lái)消除?？刂扑嘏髂さ暮穸仁橇餮映尚彤a(chǎn)品的關(guān)鍵。目前，生產(chǎn)和精確再生產(chǎn)小而薄的基板受制于幾個(gè)因素，其中之一是精確控制素坯膜的厚度。它反過(guò)來(lái)又受到各種工藝參數(shù)和配方所使用的材料的影響。用于al2o3基質(zhì)的工藝參

5、數(shù)和配方已經(jīng)得到了最優(yōu)化，這就是后來(lái)適用于流延成型的復(fù)合al2o3/aln基板。為了能夠更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)帶的厚度，流動(dòng)性的理論模型已經(jīng)得到使用。chou等用流動(dòng)力學(xué)的原理分析了流延成型的流動(dòng)性。他們認(rèn)為類似牛頓流體的泥漿包含有隙科特和觀域泊肅葉流流體，可以用下面的方程預(yù)測(cè)厚度： (1)在他們的分析中，體積流量源于在流延槽線性變化的壓力（觀域泊肅葉流）和阻力（隙科特）流體，衍變的體積流量如下： (2)帶的厚度公式表明了帶的厚度，和刮刀間隙ho之間的關(guān)系。刮刀間隙的減小或增加能夠通過(guò)改變漿料頂端壓力或流延速度線性受到影響。作為流延成型漿料很少會(huì)表現(xiàn)為牛頓流體，其它嘗試模擬流延成型的流變性能已經(jīng)開(kāi)始了研

6、究。這些工作中包括在非牛頓漿料中使用bingham方程的ring和通過(guò)用herschel-bulkley模型研究漿料性能的huang 等等。圖二、流延成型工藝流程 2. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程制作陶瓷帶的整個(gè)工藝步驟總結(jié)在流程圖中如圖二。流延成型使用的配方列在下面的表一中。復(fù)合溶劑的選擇是為了改善機(jī)體的溶解性，防止聚合物表面團(tuán)聚。加入成分的先后順序影響漿料的粘度，歸因于選擇性吸附和吸水率的影響。分散劑獨(dú)立的引用到其它聚合物中是至關(guān)重要的，它可以防止其它聚合物吸附到陶瓷顆粒表面，因此可以使?jié){料粘度更加均一。塑性劑在粘結(jié)劑之前加入漿料，因?yàn)檫@樣可以促進(jìn)粘結(jié)劑更好的溶解在整個(gè)漿料中，這是由于在塑性劑中加入粘結(jié)劑的

7、溶解性涉及到溶解系統(tǒng)。在一致的燒結(jié)氣氛中氧化鋁粉末和氧化鎂、料球混合，在高純度剛玉球磨罐中以60rpm的轉(zhuǎn)速球磨24小時(shí)。圖三、南洋理工大學(xué)的流延成料球比是1.5:1。球磨以后，分散劑和溶劑加入混合的粉末中來(lái)形成漿料。漿料置于超聲波容器里用47khz,35w超聲波45分鐘。在用超聲波排膠后往漿料中順序的加入塑性劑和粘結(jié)劑，漿料機(jī)械混合2個(gè)小時(shí)，從而分解溶劑中的有機(jī)添加劑，達(dá)到均勻的混合?；炝贤瓿珊?，均勻的漿料放入真空度達(dá)700毫米汞柱（90千帕）的真空裝置中20分鐘。最后，漿料通過(guò)兩個(gè)開(kāi)口0.032和0.020毫米的尼龍過(guò)濾器過(guò)濾到成型室內(nèi)，消除了任何余留的凝聚物，骨料，研磨碎片和污染物。流延

8、成型在流延機(jī)上通過(guò)括刀制成一定厚度的素坯膜，流延料槽及刮刀在固定的流延臺(tái)上移動(dòng)，使?jié){料成為平面（圖三）。通過(guò)刮刀上的微調(diào)旋鈕調(diào)節(jié)刮刀與膜襯帶之間的間隙厚度，其精確度可以達(dá)到0.01毫米。精確的成膜速度可以通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)達(dá)到。改變刮刀間隙和流延速度來(lái)成膜。漿料的配方和其它工藝參數(shù)比如流延溫度和壓力在整個(gè)流延過(guò)程中保持不變。素胚的厚度在不同的位置精確測(cè)量，形成了平均價(jià)值。通過(guò)把素坯膜夾在兩片已知厚度的薄玻璃中，用千分尺測(cè)量總厚度來(lái)精確測(cè)量。這種測(cè)量方法會(huì)減輕千分尺下顎的壓力，可能會(huì)引起素坯膜一小部分被壓緊，導(dǎo)致結(jié)果不精確。3. 結(jié)果與分析為了建立一個(gè)精確的模型來(lái)討論流變性能和預(yù)測(cè)膜的厚度，各

9、種傾向就產(chǎn)生了。接下來(lái)的結(jié)果就是從最近的工作中獲得的。圖四、三種不同刮刀間隙下用不同的流延速度獲得的素坯膜厚度圖四描述了對(duì)三種不同的刮刀間隙改變其流延速度來(lái)體現(xiàn)了素坯膜的厚度。對(duì)于三種刮刀間隙來(lái)說(shuō)，素坯膜厚度都是隨著流延速度的增加呈指數(shù)性減少。這表明刮刀間隙的這種變化不會(huì)成比例的引起素坯膜的厚度變化。當(dāng)素坯膜的厚度通過(guò)刮刀間隙來(lái)體現(xiàn)的時(shí)候能夠得到更加清楚的說(shuō)明。如圖五所示的5,10和20mm/s的三種流延速度。圖五、三種不同流延速度下不同的刮刀間隙獲得的素坯膜厚度圖五清楚的表明了存在一種能夠達(dá)到最大素坯膜厚度的流延速度。雖然對(duì)于非常細(xì)的刮刀間隙素坯膜的厚度明顯的增加，但是能夠快速變平成一定厚度

10、。這也表明了刮刀間隙的最小值越小流延速度就越快。這在圖六得到了體現(xiàn)。圖六、不同流延速度獲得的最大素坯膜厚度上面的結(jié)果說(shuō)明最大的難度是怎樣保持素坯膜厚度的一致性，特別是對(duì)于薄的素坯膜。如圖七所示，理想的來(lái)說(shuō)，當(dāng)厚度獨(dú)立于刮刀間隙只取決于流延速度就能夠獲得我們所想要的素坯膜厚度。圖六也表明了越快的流延速度越會(huì)降低獲得的素坯膜厚度。然而，這就看來(lái)在給定壓力和漿料粘度的情況下都存在一個(gè)高度完美的厚度的極限值，甚至是流延速度非常快。通過(guò)分析物理流體流動(dòng)過(guò)程展開(kāi)了更深的研究。在牛頓流體模型中建議總?cè)莘e流量通過(guò)線性相加壓力(觀域泊肅葉流)和阻力（隙科特）流來(lái)獲得。平行板之間可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的壓力流模型來(lái)分析。

11、（圖八）它很好的表示出了在兩個(gè)平行板之間（無(wú)阻力的）壓力流流動(dòng)速率呈拋物線，這種流量可以由下面公式表示： （3）它指出，上面的原理也能描述成流體在一個(gè)流延成型系統(tǒng)中從y = ho/2 到y(tǒng) =ho的流動(dòng)速度剖面圖，圖中有一條帶，帶以在y = ho/2恰好取得umax的速度移動(dòng)。這個(gè)流延成型系統(tǒng)中的體積流量就會(huì)如公式三中描繪的恰好為壓力速率的一半。使用這種系統(tǒng)分析，刮刀間隙為xo的體積流量就能夠得到，相比于線性得到的體積流量，它們都有一個(gè)umax的速率帶。從這個(gè)結(jié)果中可以看出，在這兩種預(yù)測(cè)中12.5%的時(shí)候存在著不同如公式4和公式5所示。 （4) (5)因而上面的方程提出的線性變化的壓力（觀域泊肅葉流）和阻力（隙科特）流體不適用于流延成型系統(tǒng)。公式五是以基本的流體流動(dòng)為根據(jù)衍生出來(lái)的，它提供了一個(gè)更合乎邏輯的物理描述流延成型系統(tǒng)。圖七、不同流延速度設(shè)置刮刀間隙達(dá)到最大的素坯膜厚度圖八、流體流速剖面的原理圖當(dāng)前正在做的工作是使用近似上面提出的非牛頓（剪?。?gòu)成的模型來(lái)推導(dǎo)流體流變公式的工作，因?yàn)榱髯儗W(xué)實(shí)驗(yàn)證明流延成型漿料的性質(zhì)正如非牛頓剪薄流體。這將由實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證。4. 結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明流延時(shí)流