氮化铝共烧基板制造工艺概述

一、氮化铝共烧基板制造工艺先容

氮化铝（AlN）陶瓷具备优异的综合性能，是近年来受到普遍关注的新一代先进陶瓷，具有高热导率、低介电常数、低介电消耗、优良的电绝缘性，与硅相匹配的热膨胀系数及无毒性等优点，使其成为高密度、大功率和高速集成电路基板和封装的理想质料 。

氮化铝共烧基板制造工艺是一个多办法的重大历程。其中流延法是电子工业用氮化铝陶瓷基板的主要成型工艺。在这个工艺历程中，涉及到从原质料的处置惩罚到最终产品成型的多个环节。例如，要对氮化铝粉末举行处置惩罚，并且要凭证差别的烧结工艺需求，准备合适的助剂、添加剂等质料。

在整个制造工艺中，烧结是一个要害环节。氮化铝自扩散系数小，烧结很是难题，常用的烧结工艺包括热压烧结、无压烧结、微波烧结、放电等离子烧结和自伸张烧结等。差别的烧结工艺有各自的特点，例如热压烧结即在一定压力下烧结陶瓷，可以使加热烧结和加压成型同时举行

；无压烧结（常压烧结），其氮化铝陶瓷的温度规模一样平常为1600 - 2000℃，适当升高烧结温度和延伸保温时间可以提高氮化铝陶瓷的致密度

；微波烧结是一种快速烧结法，使用微波与介质的相互作用爆发介电消耗而使坯体整体加热

；放电等离子烧结融合等离子活化、热压、电阻加热等手艺，具有烧结速率快，晶粒尺寸匀称等特点

；自伸张烧结是在超高压氮气下使用自伸张高温合成反应直接制备AlN陶瓷致密质料，但由于高温燃烧反应下质料中的Al易熔融而阻碍氮气向毛坯内部渗透，难以获得致密度高的AlN陶瓷 。

另外，关于氮化铝多层高温共烧陶瓷（HTCC）基板，在制作历程中需要使用耐高温的钨（W）浆料，而钨自己不具有可焊性和可键合性，因此，必需对HTCC外貌的钨导体举行外貌改性，化学镀镍钯金是最理想的计划，这样可以使其具有可焊性和可键合性，便于电子装配 。

二、氮化铝共烧基板制造工艺办法

（一）球磨制浆

在氮化铝浆料制备中，通常要加入有机混淆溶剂如疏散剂及粘结剂、塑性剂等以获得易于流延成型的浆料特征。除此之外，一样平常还会加入Y2O3用作在常压烧结条件下起着烧结助剂的作用。浆料的粘度对基板的性能有主要的影响，而影响浆料粘度的因素有研磨时间、有机混淆溶剂掺量、疏散剂掺量及粘结剂、塑性剂等。以是浆料的配方选择、工艺控制对陶瓷基板的性能影响十分显著 。

（二）流延成型

流延成型生产效率高，易于实现生产一连化和自动化，降低本钱，实现大批量生产。生产的基板厚度可薄至10μm以下，厚可至1mm以上。与其他成型工艺相比，流延成型具有许多优点，例如装备工艺简朴，可一连生产

；可制备单相或复相陶瓷薄片质料

；产品的缺陷小，性能均一，生产效率高，可一连操作

；均可大、小批量生产，适于工业生产

；很是适用于大型薄板的陶瓷部件的制备，这是流延成型最大的特点，是压制或者挤压成型工艺很难实现的 。

（三）排胶

经流延法制得的基片素坯，由于内含大宗的有机物，其内部的孔隙率较大，强度较低。若直接举行烧结，会导致基板爆发较强的缩短，基板翘曲，并且在烧结时还会导致坯片的相互粘结，影响基板的制品率和热导率。为了避免以上缺陷的爆发，在1100℃的氮气气氛炉中预烧后在举行烧结，可以提高素坯强度，镌汰孔隙率，获得平整度高、性能优异的AlN基板质料 。

（四）烧结

在经排胶之后，氮化铝基板将举行高温烧结。高导热氮化铝基片的烧结工艺重点包括烧结方法、烧结助剂的添加、烧结气氛的控制等。由于AlN属于共价化合物，自扩散系数小，烧结致密化很是难题，通常需要使用稀土金属氧化物和碱土金属氧化物作为烧结助剂来增进烧结，但仍需要1800℃以上的烧结温度？梢酝ü韵氯滞揪痘竦弥旅艿母咝阅艿撂沾桑菏褂贸阜

；热压或等静压

；引入烧结助剂。如前面提到的，AlN基片较常用的烧结工艺有热压烧结、无压烧结、微波烧结、放电等离子烧结和自伸张烧结等，其中热压烧结是现在制备高热导率致密化AlN陶瓷的主要工艺 。

（五）后处置惩罚（以HTCC为例的外貌改性）

关于氮化铝多层高温共烧陶瓷（HTCC）基板，在制作历程中使用了耐高温但不具有可焊性和可键合性的钨（W）浆料，以是需要对HTCC外貌的钨导体举行外貌改性

；Ф颇俳鹗亲罾硐氲募苹，通过这种方法使其具有可焊性和可键合性，便于电子装配 。

三、氮化铝共烧基板制造工艺的要害手艺

（一）烧结助剂的选择与应用

氮化铝陶瓷自扩散系数小，烧结致密化很是难题，以是烧结助剂的选择至关主要。通

；崾褂孟⊥两鹗粞趸锖图钔两鹗粞趸镒魑战嶂，例如Y2O3等。这些烧结助剂能够在烧结历程中起到增进物质扩散、降低烧结温度、提高烧结体致密度等作用。合适的烧结助剂及其添加量需要凭证详细的生产要求和工艺条件举行优化选择。若是烧结助剂的选择不当或者添加量不对适，可能会导致氮化铝陶瓷的性能下降，例如热导率降低、介电性能变差等 。

（二）烧结工艺的控制

1. 温度控制 差别的烧结工艺需要准确的温度控制。如无压烧结的温度规模一样平常在1600 - 2000℃，在这个规模内适当升高温度和延伸保温时间可以提高氮化铝陶瓷的致密度。而热压烧结在一定压力下举行，温度等条件也需要严酷控制，例如以25MPa高压，1700℃下烧结4h便制得了密度为3.26g/cm?、热导率为200W/ (m.K)的AlN陶瓷烧结体，AlN晶格氧含量为0.49wt%，比1800℃下烧结8h获得的AlN烧结体的晶格氧含量（1.25wt%）低了60%多，热导率得以提高 。

2. 压力控制（针对热压烧结等工艺） 热压烧结需要在一定压力下举行，压力的巨细会影响烧结体的致密度和性能。合适的压力能够使加热烧结和加压成型同时举行，增进陶瓷致密化。压力控制不当可能会导致烧结体泛起缺陷，如内部应力不匀称、密度不匀称等问题。

3. 气氛控制 烧结气氛也会影响氮化铝陶瓷的性能。在烧结历程中，氮气气氛是常见的选择。合适的气氛能够镌汰氮化铝中的氧含量，提高其热导率等性能。例如在排胶历程中，选择氮气气氛炉举行预烧，可以镌汰基板的缺陷，提高制品率和性能 。

（三）浆料的制备与控制

1. 质料的选择与配比 氮化铝粉末的质量、纯度等因素会影响浆料的性能，进而影响最终基板的性能。同时，烧结助剂、疏散剂、粘结剂、塑性剂等添加剂的选择和配比也很是要害。例如，在球磨制浆历程中，Y2O3作为烧结助剂的添加量，以及疏散剂、粘结剂、塑性剂等有机混淆溶剂的掺量都会影响浆料的粘度，而浆料粘度对基板性能有主要影响。

2. 混淆工艺 在将氮化铝粉末与种种添加剂混淆制备浆料时，混淆的匀称性是一个要害因素
   
   ；煜辉瘸瓶赡芑岬贾戮植啃阅懿畋，影响基板的质量
   
   ；煜ひ招枰剂炕煜氨傅睦嘈汀⒒焓适奔洹⒒煜俾实纫蛩，以确保浆料的匀称性。

四、先进的氮化铝共烧基板制造工艺案例

（一）接纳流延成膜、厚膜印制等工艺的氮化铝 - 钨多层高温共烧陶瓷手艺

该效果接纳流延成膜、厚膜印制，生瓷叠片，常压烧结等配套先进工艺，在海内首次较量系统地举行了氮化铝 - 钨质料多层高温共烧陶瓷的各项基础实验事情，具有简化工艺、产品成型随着力好、本钱低等特点 。在这个案例中，流延成膜工艺能够高效地制备出适合后续工艺的氮化铝生瓷片，厚膜印制可以将设计好的电路准确地制作到生瓷片上，生瓷叠片则是实现多层结构的要害办法，常压烧结在合适的温度等条件下包管了产品的最终性能。

（二）Innovacera公司的氮化铝 (AlN) 陶瓷基板制造工艺

Innovacera公司的氮化铝 (AlN) 陶瓷基板可用于种种金属化工艺，如薄膜、厚膜、直接粘合铜、活性金属钎焊和直接镀铜。其内部接纳先进加工工艺，并且提供多种外貌处置惩罚方法，如AF = 烧成状态、LBS = 双面研磨（25u” Ra）、PBS = 双面抛光（2u” Ra）、P1S = 单面抛光（2u” Ra）/第二面研磨，还提供刷新的公差、外貌处置惩罚和替换尺寸。别的，还提供标准和定制基板，标准方块有25.4mm、50.8mm、101.6mm和114.3mm（1?、2?、4?、4.5?），标准圆形有φ101.6mm、φ152.4mm、φ203.2mm、φ304.8mm和φ356mm (4?、6?、8?、12?、14?) 。这批注该公司在氮化铝基板制造工艺上不但注重基板的基天性能，还在金属化工艺、外貌处置惩罚、产品尺寸规格等方面举行了优化和立异，以知足差别客户的需求。

五、氮化铝共烧基板制造工艺的优化要领

（一）优化瓷料配方

1. 调解烧结助剂种类和含量 通过研究差别烧结助剂对氮化铝陶瓷性能的影响，调解烧结助剂的种类和含量。例如，可以研究稀土氧化物 (Y_2O3)、碱土金属氧化物 (CaO)及其复合添加途径对高导热氮化铝陶瓷性能的影响，找到最佳的烧结助剂组合和添加量，以提高氮化铝陶瓷的热导率、降低杂质含量、镌汰晶界相的含量等 。

2. 优化粉末质料特征 改善氮化铝粉末的纯度、粒度漫衍等特征。使用纯度更高、粒度漫衍更匀称的氮化铝粉末，可以提高基板的性能。例如，接纳更先进的氮化铝粉末制备要领，如化学气相沉积等要领制备的粉末可能具有更好的性能，可以提高基板的质量。

（二）刷新排胶工艺

1. 优化排胶温度曲线 研究差别温度下有机物的剖析情形，制订更合理的排胶温度曲线。例如，在1100℃的氮气气氛炉中预烧是一种常见的排胶方法，但可以进一步研究是否可以通过调解温度上升的速率、在差别阶段设置差别的温度等方法来更有用地去除有机物，镌汰基板的缺陷。

2. 接纳新型排胶装备或手艺 探索使用新型的排胶装备，如具有更准确温度控制、气氛控制的装备，或者接纳新的排胶手艺，如微波辅助排胶等手艺，提高排胶的效率和效果，从而提高基板的质量。

（三）提高金属化工艺质量（以多层共烧为例）

1. 优化导体浆料性能 关于多层共烧氮化铝陶瓷中使用的导体浆料（如钨浆料），研究怎样提高其性能。例如，改善其流动性、附着力等性能，以便在印刷电路等历程中能够更好地实现设计要求，提高电路的精度和可靠性。

2. 刷新印刷、叠片层压工艺 在印刷电路时，接纳更先进的印刷手艺，提高印刷的精度和匀称性。在叠片层压历程中，优化压力、温度等工艺参数，包管层间的连系质量，镌汰层间缺陷，提高多层共烧基板的整体性能。

氮化铝陶瓷基板洗濯的水基洗濯剂

SP300是一种专用于氧化铝、氮化铝陶瓷基板洗濯的水基洗濯剂，配合超声波洗濯工艺，能有用去除陶瓷基板外貌的激光钻孔残留、灰尘、油污等污垢，使陶瓷基板后续的金属化具有优异的结协力。