多层共烧金属化氮化铝陶瓷工艺探究

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1、多层共烧金属化氮化铝陶瓷工艺探究摘要：氮化铝陶瓷具有热导率高、绝缘性好以及无毒害等特点，由于可以多层布线和金属化共烧，因此在很多领域有着越来越广泛的应用。该文介绍了多层共烧金属化氮化铝陶瓷的工艺方法，重点介绍了印刷、叠片层压、烧结、镀覆工艺以及其性能检测方法等方面的研究。通过上述研究可以生产热导率高、金属化电阻率低且附着力强的多层共烧陶瓷产品。关键词：氮化铝陶瓷；共烧；金属化；热导率中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)23-5701-03ResearchofMultilayerMetallizationandCo-firedAlNCeramic

2、ProcessesCAOKun,PANGXue-man,XIAQin-shui,DAIZhou(The55thInstituteofCETC,Nanjing210016,China)Abstract：AlNceramichashighthermalconductivity,goodinsulativityandnon-toxcity.Itcanco-firewithmultilayermetallization,soitiswidelyusedinmanyfields.Thispaperintroducestheprocessesofthemultilayermetallizati

3、onand7co-firedAlNceramic.Thestudyofprinting,stackingandlamination,sintering,platingandthetestmethodwasintroducedwithemphasis.Throughabovestudies,wecanpro?ducemultilayerco-firedAlNceramicwithhighthermalconductivityanditsmetallizationhaslowelectricalresistivityandhighadhesion.Keywords:AlNceramic

4、;co-fired;metallization;thermalconductivity1概述氮化铝陶瓷具有导热性好、机械强度高、电绝缘性好以及无毒害等特点，目前在许多高科技领域有着广泛应用，是近年来发展较快的一种陶瓷材料。多层共烧金属化氮化铝陶瓷采用厚膜印刷和通孔金属化的方式，在叠层成型后高温烧结，形成具有三维电路结构的高性能陶瓷。因其还具有介电常数小、与芯片材料膨胀系数较匹配、易于实现多层布线等特点，在微电子、光电子、电力电子及功率电子封装等领域具有广阔的应用前景，在很多领域逐渐开始取代氧化铍、氧化铝等传统的陶瓷材料。7我单位在多年的多层共烧金属化氮化铝陶瓷产品的研制生产过程中积

5、累了经验，该文对其生产过程中的一些重要工艺包括印刷、叠片层压、烧结、镀覆以及检测等做了重点介绍。2工艺研究2.1金属化印刷工艺印刷工艺是多层共烧金属化氮化铝陶瓷生产的关键工艺之一。由于电子封装高集成度、高封装密度的趋势，要求印刷线条和线间距越来越小，图形的分辨率越来越高（图1为一种产品的印刷图形照片）。另外，由于批生产多采用大版面印刷，如何保证各部分印刷线宽和厚度等质量参数的一致性以及如何控制丝网变形和图形位置精度也成为非常重要的问题。目前，一般根据需要采用325目以上的不锈钢丝网来获得较高的图形分辨率和质量；通过结合不锈钢网和聚酯丝网的优点进行蹦床式复合张网来减小工艺过程中丝网的

6、变形，提高图形位置精度。2.2叠片、层压工艺在印刷和通孔金属化工艺完成以后，需要进行叠片工艺，将多层生瓷片按一定顺序堆叠起来并使瓷带上相应的通孔和图形位置精确对应，从而实现多层电路的互联并具有相应的逻辑关系。目前常用叠片方法有光学自动化对位叠片和定位柱（孔）叠片等。叠片完成之后需要将产品真空包封之后进行层压，在一定的温度和压力作用下完成层与层之间的相互扩散，形成牢固结合的整体。图2是某种多层陶瓷产品叠片层压后的截面照片。7图2多层陶瓷产品截面照片2.3烧结工艺烧结工艺是多层共烧金属化氮化铝陶瓷生产的关键技术之一，对产品的致密程度、热导率、变形情况、金属化强度、机械强度等都有很大的影

7、响。氮化铝陶瓷的烧结是一个液相促进陶瓷致密化的过程，随着温度的升高，烧结助剂与氮化铝粉料表面少量的氧化铝以及氧杂质反应在晶界处形成液态的铝酸盐相，并逐渐向晶界交叉点和陶瓷表面迁移，这个过程促进了氮化铝陶瓷的致密化，从而使陶瓷获得较高的热导率和机械强度。图3氮化铝陶瓷烧结液相促进致密化过程的示意图。图3氮化铝陶瓷烧结致密化过程影响产品烧结质量的主要因素有以下几点：1）产品的排胶。排胶需要注意气氛保护以及保温时间的控制，排除有机物，尽量降低碳和氧杂质的含量。如果排胶不充分