混合微電路技術(shù)：第二章 基片

1、第二章 基片了解基片的功能和特性；熟悉通常使用的基片材料以及它們的特性1.功能功能機(jī)械：裝配器件的機(jī)械支撐電氣：電氣互連圖案和批量制造膜電阻器的基底熱：器件散熱的媒質(zhì)常用基片材料：氧化鋁、氧化鈹、氧化硅、氮化鋁基片需滿足的要求高的絕緣電阻：體積電阻率1014cm，表面絕緣電阻109低孔性和高純度：避免濕氣、污物、飛弧、金屬遷移高熱導(dǎo)率：散掉器件熱量低熱膨脹系數(shù)：與器件熱膨脹系數(shù)匹配高熱穩(wěn)定性：在后續(xù)工藝（密封焊(295375 )、基片貼裝(380)、厚膜燒結(jié)(8501000 )）中不會(huì)分解和放氣高表面光潔度：穩(wěn)定精密的薄膜電阻、細(xì)導(dǎo)線和間隔高耐化學(xué)腐蝕性：抵抗工藝（刻蝕、電鍍）中化學(xué)腐蝕2、陶

2、瓷基板的制造陶瓷基板工藝流程圖研磨混合球磨輥軸軋制流延擠壓等靜壓粉末壓制粉末壓制干燥干燥低溫預(yù)燒高溫?zé)Y(jié)可能合為一步3. 表面特性3.1 表面粗糙度表面粗糙度表征：RMS, 輪廓均方根偏差, Rq （ Root-mean-square deviation of the profile ）在取樣長度內(nèi)輪廓偏距的均方根值算術(shù)平均值（輪廓算術(shù)平均值,Ra）取樣長度內(nèi)輪廓偏距絕對值的算術(shù)平均值Rp 輪廓最大峰高Rz 微觀不平度十點(diǎn)高度不同含量氧化鋁陶瓷基片的表面粗糙度輪廓曲線 顆粒度越小，致密度越高，則表面越光滑3.2 翹度（彎曲度）單位：長度/長度測量，用平行板，分通過和不能通過低成本驗(yàn)收的檢驗(yàn)方法

3、能鑒別12mil總翹曲除以翹曲方向上的最大尺寸3.3顆粒的粒度顆粒尺寸和每單位面積內(nèi)顆粒的數(shù)量，可以影響陶瓷表面光潔度和氣相沉積的金屬化薄膜的附著力顆粒尺寸和每單位面積內(nèi)顆粒的數(shù)量，又由陶瓷配方中氧化物雜質(zhì)的性質(zhì)和數(shù)量及燒成條件所決定4、陶瓷材料熱性能熱導(dǎo)率載熱能力的度量機(jī)理：自由電子的運(yùn)動(dòng)和晶格振動(dòng)或聲子當(dāng)雜質(zhì)原子或者缺陷增多，降低了碰撞，降低熱導(dǎo)率而環(huán)境溫度升高，碰撞數(shù)增加，大多數(shù)材料熱導(dǎo)率降低熱導(dǎo)率與溫度關(guān)系k熱導(dǎo)率,W/mq熱流量,W/cm2dT/dx穩(wěn)態(tài)溫度梯度,/m比熱容熱容定義：比熱容定義：每克物質(zhì)溫度每升高1所需的熱量，Ws/g原子受熱后振動(dòng)能增加的結(jié)果比熱容隨溫度升高而升高1

4、.8某些陶瓷材料的比熱容與溫度的關(guān)系c 熱容，Ws/Q 能量， WsT 熱力學(xué)溫度，K熱膨脹系數(shù)隨溫度增加原子間距不對稱增加引起的公式：膨脹系數(shù)特點(diǎn)：各向同性各向異性材料TCE(10-6-1)Al2O3（96%）6.5Al2O3（99%）6.8BeO（99.5%）7.5BN 水平方向 垂直方向0.57-0.46SiC3.7AlN4.4金剛石, （ A型）1.02AlSiC（70%的SiC）6.3陶瓷基板材料的熱膨脹系數(shù)5、陶瓷材料機(jī)械性能彈性模量彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性根據(jù)Newman模型的中心裂紋體應(yīng)力強(qiáng)度公式c裂紋受到的應(yīng)力f 考慮到裂紋長寬比的形狀參數(shù)ac 裂紋尺寸抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度硬度一種材

5、料刻劃另一種材料的能力，努氏硬度材料斷裂韌性（MPam1/2）Si0.8Al2O3（96%）3.7Al2O3（99%）4.6SiC7.0模塑料2.0熱沖擊基板耐熱沖擊的能力是幾個(gè)參數(shù)（熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)和比熱）的函數(shù)Winkleman和Schott提出了耐熱系數(shù)F-耐熱系數(shù)P-抗拉強(qiáng)度，Mpa-熱膨脹系數(shù)，1/KE-楊氏模量，MPak-熱導(dǎo)率, W/mK-密度，kg/m3c-比熱容Ws/kgK材料耐熱系數(shù)Al2O3（99%）0.640Al2O3（96%）0.234BeO（99.5%）0.225BN“a”軸648AlN2.325SiC1.40金剛石（ A型）30.29可選材料在25的耐熱系數(shù)6、

6、陶瓷的電性能電阻率電阻率溫度系數(shù)(TCR)金屬，正的TCR絕緣體,負(fù)的TCR按軍方標(biāo)準(zhǔn)濕度循環(huán)的天數(shù)電阻 -歐姆硅酮氟碳環(huán)氧濕度對聚合物涂覆層絕緣電阻的影響不同材料電阻率溫度的關(guān)系擊穿電壓施加高電位時(shí)，從軌道激發(fā)電子，產(chǎn)生雪崩效應(yīng)，絕緣性能破壞，提高溫度會(huì)加速該現(xiàn)象出現(xiàn)影響擊穿電壓因素可動(dòng)離子雜質(zhì)的濃度晶界偏離化學(xué)配比的程度一般擊穿電壓較高，但需注意：局部高溫可使擊穿電壓降低幾個(gè)數(shù)量級陶瓷表面水分的鋪展，使擊穿電壓比本征值低得多介電性能介電物質(zhì)內(nèi)部具有形成電偶極子而使電荷位移的能力，在介電材料的表面偶極子吸引更多的電荷，增強(qiáng)了平行板存儲電荷的能力，即電容一種材料以這種方式吸引電荷的相對能力成為

7、相對介電常數(shù)機(jī)理：電子極化分子極化離子極化空間電荷極化高頻變化的電場存在+-+-+-E電場中偶極子的取向交變電場中，改變偶極子的極性需要能量和時(shí)間介電損耗以內(nèi)部發(fā)熱表現(xiàn)出來的能量損耗損耗角正切、損耗因子介電損耗角 or 介質(zhì)損耗角 電壓與電流之間的相位角施加交變電場后，偶極子需要一定時(shí)間改變極性，所導(dǎo)致的相位延遲等效于相位角差所指示的時(shí)間。7、基片材料7.1玻璃-熔融石英機(jī)械強(qiáng)度低，導(dǎo)熱性能差氫氧焰融化拖曳成柱體，切片打磨，含水量100ppm200ppm水解四氯化硅盤狀，切片拋光，含水1000ppm含水量高，能還原界面上的氧化物，損害薄膜的附著力7.2 單晶藍(lán)寶石（-氧化鋁）晶錠上切片拋光機(jī)械

8、強(qiáng)度低，各向異性，價(jià)格昂貴7.3 氧化鋁基片最常用基板材料，占基片銷售90%份額性能優(yōu)異，原料豐富、價(jià)格低廉，適合制造不同形狀1925的氧化和還原氣氛中穩(wěn)定1700下，基本耐除潮濕氟氣意外各種侵蝕薄膜電路：高純度(99.6%)和高光潔度(6in CLA)厚膜電路：較低純度(9496%)和光潔度(1525in CLA)99.6%氧化鋁基片96%氧化鋁基片7.4 氧化鈹基片大功率應(yīng)用，具有高熱導(dǎo)率和低介電損耗屬大晶粒材料，晶粒拔出，比氧化鋁的光潔度差可重復(fù)生產(chǎn)性比氧化鋁差粉塵有毒，引發(fā)嚴(yán)重肺部疾病CuBeOAlNAlSi99%氧化鋁96%氧化鋁電子材料的熱導(dǎo)率比較7.5 氮化鋁基片特點(diǎn)：高熱導(dǎo)率的電氣機(jī)械性能，同Si的CTE匹配，無毒性，對留在燒成陶瓷中的氧敏感不同材料熱膨脹系數(shù)與溫度關(guān)系熱導(dǎo)率與溫度關(guān)系7.6金剛石、氮化硼、碳化硅金剛石化學(xué)氣相沉積生長高熱導(dǎo)率和低介電常數(shù)BN或者稱為六方氮化硼材料各向異性微波管和坩堝SiC高熱導(dǎo)率，低熱膨脹系數(shù)價(jià)低，但介電常數(shù)高7.7復(fù)合材料金屬和陶瓷復(fù)合體碳化硅加固鋁(SiC/Al)銅/金剛石（dymalloy）鐵-鎳/銀等等特點(diǎn)：高熱導(dǎo)率和低C