當前，隨著微電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，對陶瓷材料有了更高的需求。高溫共燒陶瓷（HTCC），采用材料為鎢、鉬、鉬、錳等高熔點金屬發(fā)熱電阻漿料按照發(fā)熱電路設計的要求印刷于92～96％的氧化鋁流延陶瓷生坯上，4～8％的燒結(jié)助劑然后多層疊合，在1500～1600℃下高溫下共燒成一體。

HTCC技術可實現(xiàn)密封的直通過孔密集的金屬互連。因此HTCC技術常用于軍事、航空航天、醫(yī)療器械、和高溫領域，特別是在汽車、高功率、無線通信和RF封裝方面。

PART1HTCC的分類

HTCC材料是在高于1500℃的環(huán)境下燒結(jié)而成。由于HTCC材料的熱穩(wěn)定性良好，因此它非常適合在超高溫環(huán)境下的應用，在大功率微組裝電路中具有廣泛的應用前景。

高溫共燒陶瓷中較為重要的是以氧化鋁、莫來石（主體為Al2O3-SiO2）和氮化鋁為主要成分的陶瓷。常見的HTCC生瓷帶有氧化鋁陶瓷、氮化鋁陶瓷以及氧化鋯陶瓷等，采用流延法制備的生瓷帶厚度一般為50μm到700μm不等。

① 氧化鋁

在燒結(jié)過程中，陶瓷顆粒相變?yōu)橹旅懿牧?，樣品大約收縮15%到20%不等。其中，在超高溫領域中，99.99%氧化鋁高溫共燒陶瓷的應用最為廣泛，HTCC氧化鋁生瓷帶的一些基本材料特性參數(shù)如下表所示。

生瓷坯在進行高溫燒結(jié)的過程中往往會有一定的收縮比例，其收縮比例大約在15%-20%之間，為了使本論文設計的傳感器達到設計要求以及性能要求，在燒結(jié)前，必須給生瓷坯按照收縮比來計算尺寸，防止其最終產(chǎn)品達不到要求。

氧化鋁陶瓷技術是一種比較成熟的微電子封裝技術，它由92～96%氧化鋁，外加4～8%的燒結(jié)助劑在1500-1700℃下燒結(jié)而成，其導線材料為鎢、鉬、鉬一錳等難熔金屬。該基板技術成熟，介質(zhì)材料成本低，熱導率和抗彎強度較高。

但氧化鋁多層陶瓷基板的介電常數(shù)高，影響信號傳輸速度的提高；導體電阻率高，信號傳輸損耗較大；熱膨脹系數(shù)與硅相差較大，從而限制了它在巨型計算機上的應用。

② 莫來石

莫來石的介電常數(shù)為7.3-7.5，而氧化鋁(96%)的介電常數(shù)為9.4，高于莫來石，所以莫來石的信號傳輸延遲時間可比氧化鋁小17%左右，并且，莫來石的熱膨脹系數(shù)與硅很接近，所以這種基板材料得到了快速發(fā)展。

例如日立、Shinko等公司均開發(fā)了莫來石多層陶瓷基板，并且其產(chǎn)品具有良好的性能指標。不過此基板的布線導體只能采用鎢、鎳、鉬等，電阻率較大而且熱導率低于氧化鋁基板。

③ 氮化鋁

對于氮化鋁基板來說，由于氮化鋁熱導率高，熱膨脹系數(shù)與Si、SiC和GaAs等半導體材料相匹配，其介電常數(shù)和介質(zhì)損耗均優(yōu)于氧化鋁，并且AlN是較硬的陶瓷，在嚴酷的環(huán)境條件下仍能很好地工作。

比如在高溫時AlN陶瓷依然具有極好的穩(wěn)定性，因此，氮化鋁用作多層基板材料，在國內(nèi)外都得到了廣泛研究并已經(jīng)取得令人矚目的進展。但氮化鋁基板也有一定的缺點:

● 布線導體電阻率高，信號傳輸損耗較大；

● 燒結(jié)溫度高，能耗較大；

● 介電常數(shù)與低溫共燒陶瓷介質(zhì)材料相比還較高；

● 氮化鋁基板與鎢、鉬等導體共燒后，其熱導率有所下降；

● 絲網(wǎng)印刷的電阻器及其他無源元件不能并入高溫共燒工藝，因為這些無源元件的漿料中的金屬氧化物，會在該工藝的還原氣氛下反應而使性能變壞；

● 外層導體必須鍍鎳鍍金保護其不被氧化，同時增加表面的電導率并提供能夠進行線焊和錫焊元器件貼裝的金屬化層。

雖然有這些缺點，但從總體上來說，氮化鋁基板比其他高溫共燒陶瓷基板有更多的優(yōu)勢，在高溫共燒陶瓷領域有很好的發(fā)展前途。主要應用在傳感器封裝、表面貼裝封裝、MEMS封裝、光通信封裝、LED封裝等。

PART2HTCC的應用

HTCC陶瓷發(fā)熱片是一種新型高效環(huán)保節(jié)能陶瓷發(fā)熱元件，相比PTC陶瓷發(fā)熱體，具有相同加熱效果情況下節(jié)約20～30%電能。

整體而言，HTCC基板具有結(jié)構(gòu)強度高、熱導率高、化學穩(wěn)定性好和布線密度高等優(yōu)點，因此在當前大功率微組裝電路中具有廣泛的應用前景。被廣泛應用于日常生活、工農(nóng)業(yè)技術、軍事、科學、通訊、醫(yī)療、環(huán)保、宇航等眾多領域。

PART3HTCC的發(fā)展

HTCC作為一種新型的高導熱基板和封裝材料，具有高熱導率、低熱膨脹系數(shù)、低介電常數(shù)和低介質(zhì)損耗、高機械強度等特點。因此它可以實現(xiàn)電性能、熱性能和機械性能的優(yōu)化設計，能夠滿足器件、模塊和組件的高功、高密度、小型化和高可靠要求。

但是，高溫共燒陶瓷(HTCC)電路互連基板中，W、Mo的電阻率較高，電路損耗較大。隨著超大規(guī)模集成電路的應用頻率和電路速度提升，電子設備的小型化等趨勢對高密度封裝提出更高要求。

而且，HTCC的陶瓷粉末并無加入玻璃材質(zhì)，HTCC必須在高溫1300~1600℃環(huán)境下干燥硬化成生胚，接著鉆上導通孔，以網(wǎng)版印刷技術填孔與印制線路，因其共燒溫度較高，使得金屬導體材料的選擇受限，而且會大大增加其成本。因此，低溫共燒陶瓷(LTCC)應運而生。

審核編輯：郭婷