低烧基板的流延料浆配制及流延工艺研究
混合龋电子技术 Vo!·6 №
低烧基板的流延料浆配制及流延工艺研究
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电子部43所 章 瑜 孙义传
卜/Ⅶ 0
摘 陶瓷材科的皮膜技术是铡造低温共烧多置肉瓷基扳的美键技术之一.车支卉疆
了{匠温共烧t 。u~;。o℃ -氍舟电常数(t<; 多晨陶瓷基植中·流瑶科浆的 配尉耍最健!iIc
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混合龋电子技术 Vo!·6 №
低烧基板的流延料浆配制及流延工艺研究
f
电子部43所 章 瑜 孙义传
卜/Ⅶ 0
摘 陶瓷材科的皮膜技术是铡造低温共烧多置肉瓷基扳的美键技术之一.车支卉疆
了{匠温共烧t 。u~;。o℃ -氍舟电常数(t<; 多晨陶瓷基植中·流瑶科浆的 配尉耍最健!iIc
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Fabrication of Paste for[3octor-ota and Study Oft
Doctor—blade Casting r
Co—fired Multilaye~
ss for Low Tern peratu 。
Ceramic Substi ate
Zhang Yl‘ s。H Yj, ⋯d
Abstract Forming film technology of ceramic material is。ne of key teehnolo-
glee for Iow—tem~ atu:re co-fired substrate.This paper describes fabrication of paste
for doctor—blade and study oil doctor—blade casting process for low teanperatur~co-
矗red(8。o~9∞ ℃),low dielectric constant(e≤5 07: u ayer ceramic sub~u^ te.
Key words paste for doctor—blade。deatot—blade c j‘ “g ptGo~s,film ~birkness
of green tape
1 前言
多芯片组件(MCM)的关键技术之一是
高密度多层互连基板的制造.在众多的多层
互连基板中,低温共烧多层冉瓷基板又是最
有前途鹩一种(混台型多层基板也是以低温
共烧多层基板和薄膜多层基板混合摄佳)。
由于使甩生片选层法,低温共饶多屡基板屠
数在理论上不受限制;叉因使用能做细线的
啦谒 日..『l1995-11—28
点金属导体(Au、Pd—Ag、A暮等)及低介陶瓷
,从镝提高了布线密度和信号传输违
度.此外,该基板的热膨胀系数可以做到和
硅器件接近,这样对安装裸片硅器件有利.
正是由于上述原因.低温井烧多层基板特别
适合高密度组裴技术的饔求.可作为 MCM
产品的理想基板.
陶瓷材料的成膜技术是髑造低温共烧
多层陶瓷基扳的关键技术之一。为了制备能
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够满足低温共烧多层冉瓷基扳使用的高质
量生瓷片,本文采用流延成膜技术.流延膜
的质量与流延料浆的配制和流延工艺参数
选择,有直接、密切的关系 ,而粘台剂的制备
又是其中的关键。
陶瓷材料不同,与之相匹配的粘合剂就
不同(陶瓷材料与溶剂的相溶性 桔合剂的
干燥温度、流动性 挥发速度等都有改变)。
本文介绍一种具有低介 电常数(t<5),低烧
结温度(800℃~900℃)的陶瓷材料的成膜,
其流延膜厚为 lO0~m,性能 良好,能满足制
造低温共烧多层基扳的需要,现已用于制作
实用化电路。
2 流延料浆的制备
图1为流延法工艺藏程围.
舀l 赢廷涟工艺巍程圈
桔舍剂的质量.粉料粒度细,形状好 ,流延料
浆流动性好,溶剂挥发速度适当,则流延出
的生瓷片质量高 .为了获得高质量(均匀、
致密、良好的表面光洁性及弹性、无针孔,重
复性好)的生瓷膜片,必须使料浆具有良好
的流动性,适当的挥发速度以及在膜坯的厚
度方向有足够的堆积个数 ,因此高质量超细
糟料的制备和合适的流延粘台剂的研制是
极为重要的.
2.1超细耔料 的制奋
本文选甩二氧化硅加硼硅酸盐玻璃作
为低温共烧 多 层陶瓷基扳 的 瓷料 ,这里
si 起骨架作用,硼硅酸盐玻璃可降低烧
结温度(800℃~900℃).
z.1.1超细SaO.粉的制备
本文采用溶胶一凝胶法制备超细 s
橱.国2为超纽$io:粉的制备工艺
图.
裘 1为用酸性法制备 lOOg超细 sio 粉时
所需各物质的量.
由图可知,流延成膜工序并不复杂,它是将
塑 浆,甩刮刀刮涤在膜状载带 圈2超细s02粉倒备工艺波程田 上,经烘干即可
。
~ ⋯ ⋯ ⋯ 一
膜片质量主要取决于粉料质量和流延
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卣申圈
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材料 酸 I 洁质 溶捌 其它物质
l 加入量 ~40ml l 630g 1OOOml 12g
采用该法制备出的 sio 粉,经测试知
其平均颗粒度为 1,urn,振实密度为 1.?~0g/
mI.能满足流延工艺的要求。
2.1.2超细玻璃粉的制备
为了获得颗粒均匀且在 lPm以下的玻
璃粉,本文采用 目前国外流行的化学法 ,而
不使用传统的高温熔融制法。化学法制备玻
璃粉是这样的:将 5 ~10 的 Al O,以及
PbO、MgO、BaCO 等按一定 比例分别加入
HN 制备成溶液并将其混合,将 5o ~
81 的 SiO [从( H O).Si中制得]倒入上
述混合液中,加入氨水,产生沉淀物,即玻璃
粉材料。化学方程式如下:
Al O +HNO (浓、热)oAI(NO )
PbO+HNO,一 Pb(N ):
MgO+HNO:~Mg(NO3)t
BaCO~+HNO3(弱)— Ba(NO3)t
(C:HsO).Si溶于乙醇。
这样制备出的玻璃粉 ,测试所得的平均
颗粒度为 0.8Fm,振实密度为 1.46g/ml,能
满足流延工艺的要求。
2.2流延粘 台剂的制备
粘合剂通常是具有粘性的有机高分子
化合物。牯合剂一般应满足如下要求:(1)要
有足够的粘性.能保证 良好的成型,井使坯
件具有一定的机械强度;(2)高温焙烧时能
全部挥发,不留下或很少留下残余杂质-不
改变或很少改变瓷料的组成,以免影响瓷料
的性能;(3)工艺简单,没有腐蚀性,对瓷料
的性能无不良的影响。
本文选用一种新型的聚合物粘台剂体
系 这种新型的粘台剂烧除时间短 -烧除干
净彻底;能满足料浆流延成型时对流变眭的
要求;在枯合剂成分中还加入一种增塑剂以
控制层压结构的性能。
该流延粘合剂选用台有较长支链 、具有
良好的粘结性及柔顺性的热塑性树脂聚乙
烯醇缩丁醛为枯结荆;选用与枯结剂互涪睦
好、塑化效率高 、化学性能稳定、挥发慢的
癸酸二丁酯为增塑剂 ;选用润湿剂 7 为润
湿剂,该润醒剂能使粉料很好地分敲在粘合
剂中,降低份料与枯合剂界面处的表面能,
致使两者痒撩力减小,流动性变好,该润湿
剂的加入对改善粉料分散性与料浆的流动
性有显著的作用 ;选用环己酮、乙醇、甲苯等
为溶剂,用于溶解高分子化台物、增塑荆等。
该流延牯台剂配方见表 2。
衰 2 流延粘台剂配方
聚己始辞 癸酸二 润湿荆 组 分 环己酮 己醇 早苯
缩丁醛 丁醇 7
含 量 11.s 3.9 2.5 43.6 15.4 23.1
作 用 牯结荆 增塑荆 润湿剂 溶 剂
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2.3 流延料 裴的制奋
将制备的超细粉料与配制的流延载体
按 50/50(重量比)的比例坡入球磨罐中,用
玛瑙球进行混料研磨.料 一球=1—1,球磨
时间大 约为 lsh左右,得到一粘度 在 900
厘泊~1200厘泊(2s℃)的料浆 混配好的
料浆内吉有密集而微小的气泡,若不豫去,
将影响生坯膜片的质量 。除泡有两种
;
机械除泡和化学除泡.本文采用化学除泡
法。即在混好的料浆中加入约 2~4 重量
的稼泡剂(以降低料浆的表面张力,促进气
泡在料浆内的流动性),不断搅拌,即可豫去
气泡.制备好的料浆即可供流延使用。
3 控制流廷工艺参数,保证生瓷带质量
3.1 流延机的结构
流延工艺的关键设备是陶瓷浆料流延
机。图 3是本文使用的流延机的原理示意
图 。
这 种流延机 的尺寸 为:长 1.2米 ,宽
0.36米。使用聚酯膜作载带 ,该载带张紧在
前后鼓轮上。前转鼓由直流电动机经减速装
置带动旋转 ,转速可调;而后转鼓则是被动
的,但后转鼓之轴,可在水平方向上前后移
动,用 调节聚酯膜载带的张力,并控制其
边缘的位移以免跑懵.
图3 流延机结构示意圈
1·巍延嗡 2一流延嘴前刀 3.聚酯膜载带 4.前转鼓 5.后转鼓 6.上干燥器
7.下干燥器 8.热风进 口 9.上部热风出口 lO.下部热风出口
3.2流延I 艺过程
必须先将流延机体加热升温,井鼓进适
量热风,再将合适粘度(900~1200厘泊)的
料浆放入加料室.在一定的压力下,料浆 由
加料室压出 ,然后从流延嘴流出.并随聚酯
膜载带向前运动,同时料浆被流延嘴的前刀
刮成连续 、表面平整、厚度均匀、几乎无缺陷
且重复性好的膜层。膜层的厚度,由前刀与
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聚酯膜载带之间的距离、聚酯膜载带的运动
速度、料浆的粘度来控制。前刀刮成的料浆
膜层随着聚酯膜载带向前运动,并进入干燥
区。干燥系统为热风直接干燥,料浆膜层经
干燥、变为固态膜片 经过一定行程后,膜片
在后转鼓上卷轴待用。在整个流延过程中,
对膜体没有施加外压力。
3.3 流延I艺参数的选择
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生瓷膜片的厚度主要取决于材料和工 各固索·
艺两个方 面.图 4给出了影响膜片厚度的
生坯磋厚度
匿4 影响生坯膜厚的吾因素
材料方面.生瓷膜片的厚度主要取决于
流延粘台剂中可挥发往溶剂的多少。溶剂
多.收缩大.膜坯变薄;但从料浆的粘度方面
看.溶剂多.粘度小.流动性大.则堆积厚度
叉可能加大,两者是相互制约的·因而合适
的溶剂加人量是很重要的。
工艺方面.生瓷膜片的厚度主要取决于
前刀与聚酯膜载带间的距离、聚酯膜载带的
线速等因素。前刀与聚酯膜载带问的距离加
大.聚酯膜载带的线速减慢,气体压力加大,
料浆粘度降低.则可使膜坯的堆积厚度 加
大.膜片变厚;反之则相反。
另外.适当的热风干燥温度和最佳干燥
时间的选择也极为重要。若干燥温度太低,
或干燥时间太短.膜片湿、软、强度低t不易
剥离;但干燥温度太高f如超过 7Olc)-或干
燥时间过长,则膜片干而脆-也不易剥离。
4 实验结果及分析
在28℃左右的室温下 -经反复实验,我
们认为制得生瓷片膜厚为 lO0~m时,台适
的流延工艺参数如表 3所示 。
表 3 lO0~m厚生瓷片的漉延工艺参数
前刁与聚酯膜载带问的问隙 0.15毫米
聚酯膜载带的线速 1.5米/分钟
气 体 压 力 3~6磅/(英寸)
料 装 粘 度 900 1200厘泊
干燥热风温度 4O℃
干 燥 时 间 l2分钟
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表 4给出了在上述流延工艺参数下‘昕
制得的流延膜片的物理特性。
表 4 流延生瓷蹼片的物理特性
厚 度 1OO m
宽 度 11Omni
颜 色 白色
密 度 2.0 /cm
高质量生瓷片的获得是制造低温共烧
参层陶瓷基板一个技术难点-采用流延成膜
工艺可以解决这一难点。本文制备的生瓷膜
片能很好地满足制造低温共烧多层基板的
要求。
表 5列出了T 瓷料配方流延膜片各
性能(T 瓷料配方为SiO:/玻璃=45/55)。
5 结论
(1)流延膜质量直接影响低烧基板的
质量.因而必须严格控制粉料质量(粒度、形
状等)及流延粘台剂的质量(流动性、挥发性
等).制备符合要录的流延膜片。
表 5 丁 :瓷料配方流延膜片各性能
电 性 能 机械性能 热性能
介电常数 绝缘电阻 抗电强度 抗折强度 热膨胀系数
4.5 10 fl 25kV/ram i5.64kg/mm: 3.i75× 10一 /C
(2)在流延过程中.影响生瓷片厚度的
因素很多-因而必须严格控制各影响因素.
制备出符合要求的生瓷片。
(3)本文制各的生瓷膜片能很好地满
足制造低温共烧多层基板的要求。
6 致谢
本文成文过程.得到了张如明高级工程
师的指导和帮助,在此表示感谢.
参考文献
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·50 ·
ture multilayer giass—ceramic substrate ·
IEEE Trans.-Comp..Hybrids,Manuf.
Technoi.,1983.Vo1.CHMT 一 6.N94,
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Fimnble Ceramic Substrate ,1985国际
微电子学会记录,P687~689.
[3]华南工学院、南京化工学院、武汉建筑
材料工业学院合编,《陶瓷工艺学》.中
国建筑工业出版社,1981,P289~301.
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