第七讲_无机封装基板资料
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板 厚膜导体浆料一般由粒度1～5µm的金属粉末， 添加百分之几的玻璃粘结剂，再加有机载体，包 括有机溶剂、增稠剂和表面活性剂等，经球磨混 炼而成。烧成后的导体在其与基板的界面通过不 同的结合机制，与基板结合在一起。
无 机 封 装 基 板
图3 厚膜导体的断面结构
无 机 封 装 基 板
对于玻璃系来说，其软化点要选择在粉末金属的烧结温度附近。 在氧化物系中，一般用与陶瓷发生反应形成固溶体的氧化物。例如， 对于Al2O3基板来说，采用CuO及Bi2O3等。一般说来，氧化物系比玻 璃系更容易获得较高的结合力。
无
机 陶瓷基板的应用分两大类：
封 一类主要要求适用于高速器件，采用介电系
装
数低、易于多层化的基板（如Al2O3基板，
基 玻璃陶瓷共烧基板等），
板 另一类主要适用于高散热的要求，采用高热
导率的基板（如AlN基板、 BeO基板等）。
无 2、 陶瓷基板的制作方法
机
封 陶瓷烧成前典型的成形方法有下述四种:
➢ 采用丝网印刷法在基板上形成贵金属浆料图形，在烧成过程中， 浆料中的玻璃粘结剂会与基板中的玻璃相起作用。因此Al2O3中
的玻璃相及较粗糙的表面会明显的提高厚膜导体的结合力。
装 薄膜混合IC用基板：
基
➢ 薄膜厚度一般在数千埃以下，薄膜的物理性能、电气性能等受 基板表面粗糙度的影响很大，特别是对像电容器等采用多层结
无 （2） 薄膜法
机
➢ 用真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜等真空镀膜法进行金属化。
封
➢ 由于为气相沉积法，原则上讲无论任何金属都可以成膜，无论
装
对任何基板都可以金属化。但是，金属膜层与陶瓷基板的热膨胀
基 系数应尽量一致，而且应设法提高金属化层的附着力。 板 ➢ 在多层结构中，与陶瓷基板相接触的膜金属，一般选用具有充
无 机
（2）α-Al2O3 的晶体结构
铝离子与氧离子之间为
强固的离子键，每个铝
Leabharlann Baidu
封
原子位于由6个氧原子
装
构成的八面体的中心。
基
因此，α-Al2O3结构的
充填极为密实，铝与氧 板
靠离子间的库仑力相结
合，因此，Al2O3的物 理性能，化学性能稳定，
具有密度高、机械强度
大等特性。
无 （3）Al2O3陶瓷基板制作方法
分的反应性，结合力强的IVB族金属Ti、Zr、及VIB族金属Cr、Mo、
W等。上层金属多选用Cu、Au、Ag等电导率高，不易氧化，而且
由热膨胀系数不匹配造成的热应力容易被缓解的延展性金属。
无 （3）共烧法
机 ➢ 烧成前的陶瓷生片上，丝网印刷Mo、W等难熔金
封
属的厚膜浆料，一起脱脂烧成，使陶瓷与导体金属
装 图形，由陶瓷与导体共烧而成；
基 干法：在烧成的陶瓷基板上，通过丝网印刷、交互
板
印刷、烧成导体层和绝缘层，或在烧成的陶瓷基板
上，采用厚膜、薄膜混成法形成多层电路图形，再
一次烧结制成多层基板。
无 3、陶瓷基板的金属化
机
（1） 厚膜法 封 厚膜金属化法：在陶瓷基板上通过丝网印刷形成 装 导体（电路布线）及电阻等，经烧结形成电路及 基 引线接点等。
无 二、各类陶瓷基板
机 1、氧化铝基板 ----氧化铝（Al2O3）价格较低，
封
从机械强度、绝缘性、导热性、耐热性、耐热
装
冲击性、化学稳定性等方面考虑，其综合性能
好，作为基板材料，使用最多，其加工技术与
基
其他材料相比也是最先进的。
板
（1） Al2O3原料的典型制造方法： ➢ Buyer法
➢ 金属铝液重熔法
其表面电镀Ni, Au, Ag等。
无 （4）应用
机
➢ 混合集成电路用基板
封
装 ➢ LSI封装用基板
基 ➢ 多层电路基板
板
无 a、混合集成电路用基板
机 封 装 基 板
无 厚膜混合IC用基板：
➢ 粗糙度大的价格较低，而且与布线导体间的结合力强等，因此
机
多采用纯度质量分数为96％的Al2O3基板。
封
基
Al2O3基板表面，在加湿氢气气氛中经高温烧成金属化 层。
板 ➢ 在本方法中，Mn及气氛中的水起着重要的作用，Mn被 水分氧化成MnO，MnO与Al2O3反应生成MnO·Al2O3 （MnAl2O4），作为中间层增加了金属化层与Al2O3基 板的结合力，化学反应式为
Mn +H2O→MnO+H2
MnO+Al2O3 →MnO·Al2O3 ➢ 但是，这样获得的导体膜直接焊接比较困难，一般要在
烧成为一体结构。
装
➢ LSI封装及混合电路IC用基板，特别是多层电路基
基
板，主要是由共烧法来制造，有下列特征：
板
（a）可以形成微细的电路布线，容易实现多层化，
从而能实现高密度布线。
（b）由于绝缘体与导体做成一体化结构，可以实 现气密封装。
（c）通过成分、成形压力、烧结温度的选择可以 控制烧结收缩率。
机 封 装 基 板
无 ➢ 难熔金属法，作为Al2O3基板表面的金属化方法，是在 1938年由德国的得利风根公司和西门子公司分别独立
机
开发的。按难熔金属种类，分Mo法，Mo-Mn法和Mo-Ti
法等。
封 ➢ Mo-Mn法是以耐热金属钼（Mo）的粉末为主成分，副
装
成分采用易形成氧化物的锰（Mn）粉末，是二者均匀 混合制成浆料，涂布在预先经表面研磨及表面处理的
装
➢ 粉末压制成形（模压成形、等静压成形）
基
板 ➢ 挤压成形 ➢ 流延成形：容易实现多层化且生产效率较高
➢ 射出成形
无 机 封 装 基 板
图1 流延法制作生片（green sheet）而后制成各类基板的流程图
无 机 封 装 基 板
图2 流延机结构示意图
无
陶瓷多层基板的制作方法：
机
封 湿法：在烧成前的生片上，通过丝网印刷形成导体
无
机
封
装
第七讲_无机封装基板
基
板
无 1 、 作为陶瓷基板应具有的条件
机 ① 电路布线的形成
封
基板主要作用是搭载电子元件或部件，实现相互之间
装 电器连接，因此导体电路布线很重要。
陶瓷基板电路布线方法：
基
板 ➢ 薄膜光刻法
✓基本表面平滑 ✓化学性能稳定
✓微细图形与基板之间良好的附着
➢ 厚膜多次印制法
➢ 同时烧成法
无 （2）电学性质
机
封 对基板电学性质的要求：
装
基 ➢ 绝缘电阻高； 板 ➢ 介电常数要低（信号传输速度高）；
➢ 介电损耗要小；
➢ 上述性质不随温度和湿度的变化而变化。
无
机 （3）热学性质
封
➢ 耐热性
装
基
➢ 高导热率
板
➢ 低热膨胀系数：基板与硅的热膨胀系数
（后者大约为3×10-6/℃）尽量接近
无 机 封 装 基 板
无 机 封 装 基 板
图3 厚膜导体的断面结构
无 机 封 装 基 板
对于玻璃系来说，其软化点要选择在粉末金属的烧结温度附近。 在氧化物系中，一般用与陶瓷发生反应形成固溶体的氧化物。例如， 对于Al2O3基板来说，采用CuO及Bi2O3等。一般说来，氧化物系比玻 璃系更容易获得较高的结合力。
无
机 陶瓷基板的应用分两大类：
封 一类主要要求适用于高速器件，采用介电系
装
数低、易于多层化的基板（如Al2O3基板，
基 玻璃陶瓷共烧基板等），
板 另一类主要适用于高散热的要求，采用高热
导率的基板（如AlN基板、 BeO基板等）。
无 2、 陶瓷基板的制作方法
机
封 陶瓷烧成前典型的成形方法有下述四种:
➢ 采用丝网印刷法在基板上形成贵金属浆料图形，在烧成过程中， 浆料中的玻璃粘结剂会与基板中的玻璃相起作用。因此Al2O3中
的玻璃相及较粗糙的表面会明显的提高厚膜导体的结合力。
装 薄膜混合IC用基板：
基
➢ 薄膜厚度一般在数千埃以下，薄膜的物理性能、电气性能等受 基板表面粗糙度的影响很大，特别是对像电容器等采用多层结
无 （2） 薄膜法
机
➢ 用真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜等真空镀膜法进行金属化。
封
➢ 由于为气相沉积法，原则上讲无论任何金属都可以成膜，无论
装
对任何基板都可以金属化。但是，金属膜层与陶瓷基板的热膨胀
基 系数应尽量一致，而且应设法提高金属化层的附着力。 板 ➢ 在多层结构中，与陶瓷基板相接触的膜金属，一般选用具有充
无 机
（2）α-Al2O3 的晶体结构
铝离子与氧离子之间为
强固的离子键，每个铝
Leabharlann Baidu
封
原子位于由6个氧原子
装
构成的八面体的中心。
基
因此，α-Al2O3结构的
充填极为密实，铝与氧 板
靠离子间的库仑力相结
合，因此，Al2O3的物 理性能，化学性能稳定，
具有密度高、机械强度
大等特性。
无 （3）Al2O3陶瓷基板制作方法
分的反应性，结合力强的IVB族金属Ti、Zr、及VIB族金属Cr、Mo、
W等。上层金属多选用Cu、Au、Ag等电导率高，不易氧化，而且
由热膨胀系数不匹配造成的热应力容易被缓解的延展性金属。
无 （3）共烧法
机 ➢ 烧成前的陶瓷生片上，丝网印刷Mo、W等难熔金
封
属的厚膜浆料，一起脱脂烧成，使陶瓷与导体金属
装 图形，由陶瓷与导体共烧而成；
基 干法：在烧成的陶瓷基板上，通过丝网印刷、交互
板
印刷、烧成导体层和绝缘层，或在烧成的陶瓷基板
上，采用厚膜、薄膜混成法形成多层电路图形，再
一次烧结制成多层基板。
无 3、陶瓷基板的金属化
机
（1） 厚膜法 封 厚膜金属化法：在陶瓷基板上通过丝网印刷形成 装 导体（电路布线）及电阻等，经烧结形成电路及 基 引线接点等。
无 二、各类陶瓷基板
机 1、氧化铝基板 ----氧化铝（Al2O3）价格较低，
封
从机械强度、绝缘性、导热性、耐热性、耐热
装
冲击性、化学稳定性等方面考虑，其综合性能
好，作为基板材料，使用最多，其加工技术与
基
其他材料相比也是最先进的。
板
（1） Al2O3原料的典型制造方法： ➢ Buyer法
➢ 金属铝液重熔法
其表面电镀Ni, Au, Ag等。
无 （4）应用
机
➢ 混合集成电路用基板
封
装 ➢ LSI封装用基板
基 ➢ 多层电路基板
板
无 a、混合集成电路用基板
机 封 装 基 板
无 厚膜混合IC用基板：
➢ 粗糙度大的价格较低，而且与布线导体间的结合力强等，因此
机
多采用纯度质量分数为96％的Al2O3基板。
封
基
Al2O3基板表面，在加湿氢气气氛中经高温烧成金属化 层。
板 ➢ 在本方法中，Mn及气氛中的水起着重要的作用，Mn被 水分氧化成MnO，MnO与Al2O3反应生成MnO·Al2O3 （MnAl2O4），作为中间层增加了金属化层与Al2O3基 板的结合力，化学反应式为
Mn +H2O→MnO+H2
MnO+Al2O3 →MnO·Al2O3 ➢ 但是，这样获得的导体膜直接焊接比较困难，一般要在
烧成为一体结构。
装
➢ LSI封装及混合电路IC用基板，特别是多层电路基
基
板，主要是由共烧法来制造，有下列特征：
板
（a）可以形成微细的电路布线，容易实现多层化，
从而能实现高密度布线。
（b）由于绝缘体与导体做成一体化结构，可以实 现气密封装。
（c）通过成分、成形压力、烧结温度的选择可以 控制烧结收缩率。
机 封 装 基 板
无 ➢ 难熔金属法，作为Al2O3基板表面的金属化方法，是在 1938年由德国的得利风根公司和西门子公司分别独立
机
开发的。按难熔金属种类，分Mo法，Mo-Mn法和Mo-Ti
法等。
封 ➢ Mo-Mn法是以耐热金属钼（Mo）的粉末为主成分，副
装
成分采用易形成氧化物的锰（Mn）粉末，是二者均匀 混合制成浆料，涂布在预先经表面研磨及表面处理的
装
➢ 粉末压制成形（模压成形、等静压成形）
基
板 ➢ 挤压成形 ➢ 流延成形：容易实现多层化且生产效率较高
➢ 射出成形
无 机 封 装 基 板
图1 流延法制作生片（green sheet）而后制成各类基板的流程图
无 机 封 装 基 板
图2 流延机结构示意图
无
陶瓷多层基板的制作方法：
机
封 湿法：在烧成前的生片上，通过丝网印刷形成导体
无
机
封
装
第七讲_无机封装基板
基
板
无 1 、 作为陶瓷基板应具有的条件
机 ① 电路布线的形成
封
基板主要作用是搭载电子元件或部件，实现相互之间
装 电器连接，因此导体电路布线很重要。
陶瓷基板电路布线方法：
基
板 ➢ 薄膜光刻法
✓基本表面平滑 ✓化学性能稳定
✓微细图形与基板之间良好的附着
➢ 厚膜多次印制法
➢ 同时烧成法
无 （2）电学性质
机
封 对基板电学性质的要求：
装
基 ➢ 绝缘电阻高； 板 ➢ 介电常数要低（信号传输速度高）；
➢ 介电损耗要小；
➢ 上述性质不随温度和湿度的变化而变化。
无
机 （3）热学性质
封
➢ 耐热性
装
基
➢ 高导热率
板
➢ 低热膨胀系数：基板与硅的热膨胀系数
（后者大约为3×10-6/℃）尽量接近
无 机 封 装 基 板