CN1212655C - 一种制备零收缩率低温共烧陶瓷多层基板的工艺 - Google Patents

Abstract

一种制备零收缩率低温共烧陶瓷多层基板的工艺，其技术特点是在基板烧结前，将一对Al₂O₃陶瓷生片分别叠压在基板毛坯的上下表面，然后经热压、除胶，最后烧结而成。由于Al₂O₃烧结成瓷的温度高于基板的烧结温度，因此在烧结过程中Al₂O₃生片不收缩，不成瓷。利用Al₂O₃生片和基板间的摩擦力来阻止烧结时基板在X-Y方向的收缩。这样制作的低温共烧陶瓷多层基板在X-Y方向的收缩率为0，其收缩率误差可控制在0.1%以内，从而大大提高了外部导体图形的布线精度。由于零收缩率低温共烧陶瓷多层基板在烧制时收缩率很小，可以为封装工艺提供精确的导体图形，提高了封装的可靠性和成品率，其在细节距电子封装领域应用将非常广泛。

Description

一种制备零收缩率低温共烧陶瓷多层基板的工艺

技术领域

本发明涉及一种低温共烧陶瓷多层基板的制备工艺，尤其涉及一种在X、Y方向上不收缩的低温共烧陶瓷多层基板的制备，属于微电子封装技术领域。

背景技术

低温共烧陶瓷(LTCC：Low Temperature Co-fired Ceramics)多层基板是一种用于高密度微电子封装的三维立体布线的多层陶瓷基板。目前，现有技术中，对于低温共烧陶瓷多层基板已有广泛的研究。Yuzo Shimada等人在“Low Temperature Constant MultilayerGlass-Ceramic Substrate With Ag-Pd Wiring for VLSI Package”(IEEE Transactions onComponents，Hybrids，and Manufacturing Technology.vol 11，No.1.March 1998，163-170)中介绍了低温共烧陶瓷多层基板的制造工艺：将玻璃与陶瓷的混合粉末与适当比例的有机粘结剂、溶剂、增塑剂等混合，制成浆料；利用流延法将浆料流延成生片；生片经过裁剪、打孔、成型后，按不同的使用要求，用Ag、Cu或Ag-Pd等浆料印刷导体图形。把经过印刷的生片干燥后数片定位重叠，在110℃左右、20-25MPa的压力下热压。把热压后的叠片按所定尺寸切断，然后再在500℃左右的温度下进行脱胶处理，最后经900℃左右烧结制成高密度多层基片。

目前，随着电子封装不断发展，封装的引线间距越来越小，封装密度越来越高，对金属布线图形的精度要求也越来越严格。但是用上述工艺制作的低温共烧陶瓷多层基板，该基板在烧结时的平面收缩率可达10-15％，平面收缩率误差可达±0.5％。这样应用在细节距封装时，会造成基板不能满足封装的装配精度要求，而且增加了设计和工艺实施的难度。

发明内容

本发明的目的是针对目前现有技术中低温共烧陶瓷多层基板在烧结过程中平面收缩率过大的问题，提供一种制备零收缩率低温共烧陶瓷多层基板的工艺，从而满足装配精度的问题。

本发明的目的是提供如下技术方案实现的：

一种制备零收缩率低温共烧陶瓷多层基板的工艺，该工艺按如下步骤进行：

(1)低温共烧陶瓷粉末与有机粘结剂，溶剂，增塑剂按一定比例混合，经球磨后，配成流延浆料；

(2)流延法将浆料流延成生片，生片经剪裁、冲孔；

(3)导体浆料在生片上印刷通孔和布线图形；

(4)将多层生片依次叠层后，在其上、下表面各放置一片Al₂O₃陶瓷生片，然后在温度80℃～100℃，压强20MPa～25MPa下热压；

(5)经热压后的基板在400℃～450℃下脱胶，去掉基板中的有机粘结剂，最后在850℃～900℃大气氛围下烧结；

(6)烧结后将Al₂O₃陶瓷生片从基板上去除。

由于Al₂O₃陶瓷的烧结温度在1500℃以上，所以Al₂O₃陶瓷生片在烧结过程中不会产生收缩，也不会致密化。利用Al₂O₃薄片和基板间的摩擦力来阻止烧结时基板在X-Y方向的收缩，使其仅在Z方向上产生收缩。这样制作的低温共烧陶瓷多层基板在X-Y方向的收缩率为0，在烧结过程中的收缩率误差可以控制在0.1％以内，从而大大提高了外部导体图形的布线精度。由于零收缩率低温共烧陶瓷(LTCC)多层基板在烧制过程中的收缩率很小，可以为封装工艺提供精确的导体图形，提高了封装的可靠性、成品率，其在细节距电子封装领域应用将非常广泛，如BGA(Ball Grid Array：球栅阵列)封装用基板、CSP(Chip Size Packaging：芯片尺寸封装)用基板等。

附图说明

图1为零收缩率LTCC多层基板的工艺流程图。

图2为利用本发明所制作的基板的某微观截面图形。

图3为利用本发明所制作的另一种基板的某微观截面图形。

具体实施方式

实施例1：

(1)选取CaO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂系玻璃与Al₂O₃粉配成玻璃陶瓷粉末，其中玻璃占55％(100.6g)，Al₂O₃占45％(82.0克)，与粘结剂PVB，增塑剂DBP，溶剂甲苯混合，球磨4小时，配成浆料；

(2)将浆料流延成生片，生片厚度125μm，剪裁成正方形，冲孔；

(3)按已设计好的图形逐层印刷通孔和布线图形。其中通孔导体浆料为Ag-Pd导体浆料，内外表面图形采用Ag-Pt导体浆料；

(4)将10片生片依次叠层，然后在叠片的底部和顶部各放置一厚度为0.2mm的Al₂O₃生片，在温度80℃-100℃，压强为20MPa～25MPa下热压1分钟；

(5)以2℃/min的速度将炉温继续升至400～450℃，保温30分钟，进行脱胶；

(6)以5℃/min的速度将炉温继续升至850℃，保温30分钟，烧结基板；

(7)样品自然冷却后，用洗刷的办法除去两边的Al₂O₃生片。

通过测量，热压前的叠片边长为80.0mm，烧结后样品的边长为80.0mm.表明样品在X、Y方向上没有收缩。烧结后样品的厚度为1.00mm。

实施例2：

(1)玻璃、Al₂O₃原料与实施例1中相同，配比不同。其中玻璃占45％(81.8克)，Al₂O₃占55％(100.2g)，与粘结剂PVB，增塑剂DBP，溶剂甲苯混合，球磨4小时，配成浆料；

(2)将浆料流延成生片，生片厚度125μm，剪裁成正方形，冲孔；

(3)按已设计好的图形逐层印刷通孔和布线图形。其中通孔导体浆料为Ag-Pd导体浆料，内外表面图形采用Ag-Pt导体浆料；

(4)将10片生片依次叠层，然后在叠片的底部和顶部各放置一厚度为1.2mm的Al₂O₃陶瓷生片，在温度80℃-100℃，压强为20MPa～25MPa下保温1分钟；

(5)以2℃/min的速度将炉温继续升至400～450℃，保温30分钟，进行脱胶；

(6)以5℃/min的速度将炉温继续升至900℃，保温30分钟，烧结基板；

(7)样品自然冷却后，用洗刷的办法除去两边的Al₂O₃生片。

通过测量，热压前的叠片边长为84.5mm，烧结后样品的边长为84.0mm.表明样品在X、Y方向上基本没有收缩。烧结后样品的厚度为0.99mm。

实施例3：

(1)选取Na₂O-CaO-B₂O₃-SiO₂系玻璃与Al₂O₃粉配成玻璃陶瓷粉末，其中玻璃占55％(101.1g)，Al₂O₃占45％(82.3克)，与粘结剂PVB，增塑剂DBP，溶剂甲苯混合，球磨4小时，配成浆料；

(2)将浆料流延成生片，剪裁成正方形，冲孔；

(3)按已设计好的图形逐层印刷通孔和布线图形，其中通孔导体浆料为Ag-Pd导体浆料，内外表面图形采用Ag-Pt导体浆料；

(4)将10片生片依次叠层，然后在叠片的底部和顶部各放置一厚度为0.5mm的Al₂O₃生片，在温度80℃-100℃，压强为15MPa下热压1分钟；

(5)以3℃/min的速度将炉温继续升至400～450℃，保温30分钟，进行脱胶；

(6)以5℃/min的速度将炉温继续升至900℃，保温30分钟，烧结基板；

(7)样品自然冷却后，用洗刷的办法除去两边的Al₂O₃生片。

通过测量，热压前的叠片边长为84.5mm，烧结后样品的边长为84.0mm.表明样品在X、Y方向上基本没有收缩。烧结后样品的厚度为102mm。

Claims (1)

1.一种制备零收缩率低温共烧陶瓷多层基板的工艺，该工艺按如下步骤进行：

(1)低温共烧陶瓷粉末与有机粘结剂，溶剂，增塑剂按一定比例混合，经球磨后，配成流延浆料；

(2)流延法将浆料流延成生片，生片经剪裁、冲孔；

(3)导体浆料在生片上印刷通孔和布线图形；

(4)将多层生片依次叠层后，在其上、下表面各放置一片Al₂O₃陶瓷生片，然后在温度80℃-100℃，压强20MPa～25MPa下热压；

(5)经热压后的基板在400～450℃下脱胶，去掉基板中的有机粘结剂，最后在850℃～900℃大气氛围下烧结；

(6)烧结后将Al₂O₃陶瓷生片从基板上去除。

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