[00122056]一种低温烧结氮化硅基复相材料及其制备方法(中科院)

电子装置的小型化、半导体元器件的高输出及信号处理的高速化，使得微电子封装出现了多种新技术、新结构。新的封装模式对封装材料提出了更高的要求，即良好的导热性能、低的介电常数和介电损耗、与芯片相匹配的热膨胀系数、优良的机械强度和可加工性能。目前，大量使用的气密性封装陶瓷基板材料主要是氧化铝（Al_2O_3）和氧化鈹（BeO）。氮化铝（AlN）陶瓷由于具有优良的综合性能，已经成为目前世界上研究较为热门的一种电子封装用陶瓷材料。然而单相陶瓷封装材料由于烧结温度较高，通常在1600℃以上，回路材料以W、Mo为主。其缺点是导体材料的电阻率高、造成损耗大，并且绝缘材料介电常数大导致信号延迟时间过长，而且生产成本较高。于是人们把目光转向了低温烧结陶瓷体系（LTCC），烧结温度通常在850～1000℃之间，回路材料是Cu、Ag等电阻率小的优良导体。LTCC系统的组成以Al_2O_3和玻璃或微晶玻璃为主，但是这类材料由于其主要成分的热导率不高并且通常含有50wt%左右的玻璃相，导致材料的热导率较低。该项目研究目的是提供一种用于电子封装的低温烧结AlN基复相材料及其制备方法。采用AlN粉体为主要原料，设计了硼硅酸盐系列组成的低熔点玻璃，并添加适当的烧结助剂，在 850～1000℃的温度下成功制备了低温烧结AlN/玻璃复合材料。系统分析了影响烧结、热学性能、介电性能和力学性能的因素，从理论上研究了AlN颗粒度对导热性能的影响。通过设计材料的组成，提高复相材料的综合性能。使材料的热导率提高到11W/m·K.获得了低的介电常数4.5～7（室温，1MHZ），热膨胀系数控制在2.6～4.5×10^(-6)/K，能很好地满足高密度封装地需要。该项目根据复相材料中引入的低熔点硼硅酸盐玻璃的软化温度及其与AlN粉体的润湿特性，采用了独特的低温烧结工艺，在压力和液相粘流的共同作用下，AlN含量在50～80wt%组成的复相材料在低于1000℃下，2小时内即可达到致密化。该项目还进行了AlN/玻璃复合基板的流延成型以及金属布线等相关技术的研究，为AlN/玻璃复合基板材料在低温共烧工艺中的应用打下了良好的基础。