多層低溫共燒陶瓷技術(shù)

前言

　　近半個世紀以來，半導(dǎo)體集成技術(shù)成為對人類社會影響最為深遠的重大技術(shù)創(chuàng)新之一。這一技術(shù)的迅猛發(fā)展使得人類進入了今天這個高度信息化的社會。目前，半導(dǎo)體集成技術(shù)仍以每18個月集成度翻一番（所謂的“摩爾定律”）的速度向前發(fā)展?！　∪欢?，半導(dǎo)體器件僅僅是電子元器件的一部分（有源器件），另一部分用量巨大、種類繁多、功能各異的元器件是無源元件。這些元件的核心材料是各類功能陶瓷材料。事實上，早在發(fā)明半導(dǎo)體之前，一些功能陶瓷材料，如高介電常數(shù)陶瓷、鐵氧體等就已經(jīng)被應(yīng)用于一些電子元件。然而，與基于半導(dǎo)體技術(shù)的有源器件的飛速發(fā)展相比，基于功能陶瓷技術(shù)的無源元件的發(fā)展要緩慢得多。盡管世界各國的科學(xué)家和技術(shù)人員在無源元件的小型化方面進行了大量卓有成效的努力，但無源元件的集成化卻一直是電子元器件技術(shù)發(fā)展的“瓶頸”。目前的整機系統(tǒng)中，無源元件和有源器件的比例達20：1至100：1，無源元件構(gòu)成了整機產(chǎn)品中體積、重量和安裝成本的主要部分。　　近年來出現(xiàn)的低溫共燒陶瓷（LT（2C）技術(shù)有望打破這種局面，它使無源元件的集成成為可能，因此將對未來電子元件制造技術(shù)產(chǎn)生重要影響。LTCC技術(shù)是集互聯(lián)、無源元件和封裝于一體的多層陶瓷制造技術(shù)，其基本原理及技術(shù)特征是將多層陶瓷元件技術(shù)與多層電路圖形技術(shù)相結(jié)合，利用低溫燒結(jié)陶瓷與金屬內(nèi)導(dǎo)體在900~C以下共燒，在多層陶瓷內(nèi)部形成無源元件和互聯(lián)，制成模塊化集成器件或三維陶瓷基多層電路。該技術(shù)為無源電子元件的集成和高密度、系統(tǒng)級電子封裝提供了理想的平臺?！　TCC技術(shù)的興起引起了國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注。然而，由于作為前沿技術(shù)的高度敏感性和保密性，國際上在相當長的時間缺乏系統(tǒng)介紹這一技術(shù)的專著。值得慶幸的是，LTCC技術(shù)的重要開拓者之一、日本富士通公司的今中佳彥先生出版了這本資料翔實、內(nèi)容豐富、文字簡潔的《多層低溫共燒陶瓷技術(shù)》，對相關(guān)領(lǐng)域的研究、開發(fā)和生產(chǎn)具有重要的參考價值。　　本書由詹欣祥高級工程師和周濟教授翻譯成中文。相信中文版的出版將對我國LTCC技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和人才培養(yǎng)起到推動作用。

內(nèi)容概要

本書全面介紹了低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)，給出了大量20世紀80年代富士通和IBM美國公司開發(fā)的大型計算機用銅電路圖層的大面積多層陶瓷基板的工程圖表。全書共10章。第1章緒論，概述了低溫共燒陶瓷技術(shù)的歷史、典型材料、主要制造過程等。第2章至第9章分為兩大部分，第一部分為材料技術(shù)，包括第2章至第4章，論述了陶瓷材料、導(dǎo)體材料及輔助材料的特性和應(yīng)用；第二部分為工藝技術(shù)，包括第5章至第9章，細致地描述了各工序特點、工藝條件、控制、在制品評價、缺陷防止和產(chǎn)品可靠性等諸多問題。最后，在第10章，展望了低溫共燒陶瓷技術(shù)的未來發(fā)展。    本書適合從事電子、材料等領(lǐng)域研究、開發(fā)和生產(chǎn)的技術(shù)人員參考閱讀，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的研究生、本科生教材使用。

書籍目錄

中文版寄語中文版序譯者序序第1章  緒論  1.1  歷史回顧  1.2  典型材料  1.3  主要制造過程  1.4  典型產(chǎn)品類型  1.5  低溫共燒陶瓷的特性    1.5.1  高頻特性    1.5.2  熱穩(wěn)定性(低熱膨脹，良好熱阻)    1.5.3  無源元件集成  1.6  有關(guān)公司材料發(fā)展的趨勢  1.7  本書側(cè)重點  參考文獻    第一部分  材料技術(shù)第2章  陶瓷材料  2.1  導(dǎo)言  2.2  低溫燒結(jié)    2.2.1  玻璃的流動性    2.2.2  玻璃的晶化    2.2.3  玻璃的起泡    2.2.4  玻璃與氧化鋁之間的反應(yīng)  2.3  介電特性    2.3.1  介電常數(shù)    2.3.2  介電損耗  2.4  熱膨脹  2.5  機械強度    2.5.1  玻璃相的強化    2.5.2  耐熱沖擊  2.6  熱傳導(dǎo)  參考文獻第3章  導(dǎo)體材料  3.1  引言  3.2  導(dǎo)電油墨材料  3.3  氧化鋁陶瓷的金屬化方法    3.3.1  厚膜金屬化    3.3.2  共燒金屬化  3.4  導(dǎo)電性  3.5  共燒相配性  3.6  附著  3.7  抗電徙動  3.8  膠結(jié)性  參考文獻第4章  電阻材料和高介電材料  4.1  引言  4.2  電阻器材料    4.2.1  氧化釕／玻璃材料    4.2.2  氧化釕的熱穩(wěn)定性  4.3  高介電常數(shù)材料  參考文獻    第二部分  工藝技術(shù)第5章  粉料準備和混合  5.1  引言  5.2  無機陶瓷材料  5.3  有機材料    5.3.1  黏結(jié)劑    5.3.2  可塑性    5.3.3  分散劑和料漿的分散性  參考文獻第6章  流延  6.1  引言  6.2  流延設(shè)備  6.3  料漿特性  6.4  生片    6.4.1  生片的特性要求    6.4.2  生片的評價方法    6.4.3  影響生片特性的各種因素    6.4.4  生片微結(jié)構(gòu)    6.4.5  生片外形尺寸的穩(wěn)定性  6.5  沖過孔  參考文獻第7章  印刷和疊層  7.1  印刷    7.1.1  絲網(wǎng)規(guī)格    7.1.2  印刷工藝條件    7.1.3  油墨特性    7.1.4  生片特性  7.2  填過孔  7.3  疊層    7.3.1  疊層過程技術(shù)    7.3.2  疊層過程中出現(xiàn)的缺陷    7.3.3  防止分層  參考文獻第8章  共燒  8.1  銅的燒結(jié)  8.2  控制燒結(jié)收縮    8.2.1  陶瓷    8.2.2  銅／陶瓷  8.3  燒結(jié)行為和燒結(jié)收縮率失配    8.3.1  △T的影響    8.3.2  △S的影響  8.4  銅的抗氧化和黏結(jié)劑的排出  8.5  零收縮技術(shù)  8.6  共燒過程和未來的低溫共燒陶瓷  參考文獻第9章  可靠性  9.1  低溫共燒陶瓷的熱沖擊  9.2  低溫共燒陶瓷的熱膨脹和剩余應(yīng)力  9.3  低溫共燒陶瓷的熱傳導(dǎo)  參考文獻第10章  低溫共燒陶瓷的未來  10.1  引言  10.2  未來低溫共燒陶瓷技術(shù)的發(fā)展    10.2.1  材料技術(shù)開發(fā)    10.2.2  工藝技術(shù)  10.3  后-低溫共燒陶瓷技術(shù)的背景    10.3.1  后-低溫共燒陶瓷技術(shù)的氣浮沉積法    10.3.2  氣浮沉積陶瓷薄膜目前狀況和未來發(fā)展前景  參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章 緒 論　　隨著當今移動電話的爆炸性增長，用移動電話作為無線終端設(shè)備來傳輸文本和圖像數(shù)據(jù)的通信技術(shù)也持續(xù)不斷地發(fā)展。同時，寬帶和高頻技術(shù)的各種應(yīng)用也在不斷涌現(xiàn)。800MtHz、1.5 GHz和2GHz頻率的移動電話也正在日益轉(zhuǎn)向高頻。無線局域網(wǎng)的藍牙（2.4 5GHz）和電子公路收費系統(tǒng)（5.3 GHz）等也已進入商業(yè)應(yīng)用。2GHz或更高的頻率也在不斷擴大應(yīng)用。10GHz或更高頻率的準毫米波也正在起步引入無線局域環(huán)路（WLL20～30GHz）和汽車用的雷達中（50～140GHz）。為了實現(xiàn)這種高頻無線通信技術(shù)的進一步發(fā)展，系統(tǒng)方案與硬件技術(shù)的共同發(fā)展將在推動移動終端設(shè)備的多功能化、高性能化和超小型化的進程中發(fā)揮重要的作用。例如，配備有藍牙、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)和無線局域網(wǎng)等多功能的移動終端設(shè)備相繼問市，為了遏制因此而增加的電路尺寸，迫切需要將各種高頻功能和無源器件置入基板內(nèi)部，而不是安置在它的表面。此外，為了開通高速數(shù)據(jù)通信，人們正期待著滿足高頻和寬帶要求且高頻損耗小的電子器件和基板的及早實現(xiàn)?！　∮捎诘蜏毓矡沾桑↙TCC）易于與不同特性的材料相結(jié)合，這就有可能實現(xiàn)元件的集成和將不同特性的元件置人陶瓷內(nèi)部。此外，將低損耗金屬埋人低溫共燒陶瓷中作為導(dǎo)體是可能的，和其他材料，如樹脂等材料比較，陶瓷的高頻介電損耗小，從而使其有可能制造低損耗的器件。另外，低溫共燒陶瓷的熱膨脹系數(shù)比樹脂材料和其他陶瓷材料低，對于大規(guī)模集成電路器件的高密度封裝，就有著極優(yōu)良的內(nèi)連可靠性的優(yōu)點。由于這些原因，低溫共燒陶瓷技術(shù)被認為在未來高頻應(yīng)用中，用做器件的集成和基板是極有希望的技術(shù)。　　1.1 歷史回顧　　多層陶瓷基板技術(shù)源于20世紀50年代末期美國無線電（RCA）公司的開發(fā)，現(xiàn)行的基本工藝技術(shù)（用流延法的生片制造技術(shù)、過孔形成技術(shù)和多層疊層技術(shù)）在當時就已被應(yīng)用。其后，IBM公司在這一技術(shù)領(lǐng)域居領(lǐng)先地位，該公司在80年代初商業(yè)化的主計算機的電路板（基板：33層和100倒裝芯片粘接大規(guī)模集成電路器件）是這一技術(shù)的產(chǎn)物。因為這些多層基板是用氧化鋁絕緣材料和導(dǎo)體材料（Mo、W、Mo-Mn）在1600°的高溫下共燒的，故而稱為高溫共燒陶瓷（HTCC），以區(qū)別于后來開發(fā)的低溫共燒陶瓷。

編輯推薦

　　這是目前世界上唯一一本系統(tǒng)論述低溫共燒陶瓷技術(shù)的專著。　　材料、設(shè)計、設(shè)備是低溫共燒陶瓷技術(shù)的三大關(guān)鍵，本書重筆論述了材料及制造工藝，并結(jié)合當前的研究，展望了低溫共燒陶瓷技術(shù)的未來。書中給出了大量的技術(shù)開發(fā)工程圖和技術(shù)數(shù)據(jù)，字里行間透露出作者豐富的經(jīng)驗?！　”緯N含著豐富的技術(shù)資源，可作為材料科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生的參考教材，對從事工業(yè)制造、設(shè)計和陶瓷工程的技術(shù)人員也是一本不可多得的好書。

圖書封面

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