[發明專利]帶錨定焊盤的多層陶瓷襯底

有效

• 申請號: 00120400.9
• 申請日: 2000-07-18
• 公開（公告）號: CN1281331A
• 公開（公告）日: 2001-01-24
• 發明（設計）人: B·V·法薩諾;D·H·蓋布里爾斯;R·F·因戴克;S·M·卡瑪斯;S·I·朗根索;S·S·N·萊迪;R·V·維拉博漢耐尼
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H05K3/40
• 分類號: H05K3/40;H05K3/46;B32B31/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 龍傳紅

本發明涉及多層陶瓷襯底的制造，特別是涉及導電性表面焊盤的形成，該焊盤的形成應用厚膜技術并改善了機械和電可靠性。

多層陶瓷襯底典型地說用來在諸如計算機、控制系統、電路板之類的信息處理系統中使用的集成電路器件之間進行的布線，傳統上說用兩種方法制造。老的制造方法是一種疊層方法，該方法從一個燒制好了的陶瓷層開始，在該陶瓷層上邊，借助于絲網漏印操作，按照順序交替淀積已圖形化的介電材料和金屬導電層以形成多層結構。這些層可以在每一次淀積之后進行燒結或在所有的層都淀積之后進行燒結。在足夠高的溫度下進行的燒結使金屬、陶瓷和玻璃微粒固結成一個致密的、不可滲透的獨石結構，該結構對在陶瓷介電材料中形成的電連續電路布線提供機械支持。

制造多層陶瓷襯底的另外的方法牽涉到使用流延方法在帶上形成介電材料，同時對該帶穿孔以形成孔或貫通孔，在該貫通孔內淀積導電性的金屬膏，同時該貫通孔內還有用做導線的布線。使若干這樣的已穿孔且已進行金屬涂敷的帶對準、進行疊層并加工成一個接著將被燒結的層壓體。這樣一種方法是一種共同燒制加工，在共同燒制中，用一種但是實際上常常是多種加熱處理使陶瓷和金屬粉末進行固結。

燒結處理的一個關鍵因素牽涉到導電性表面元件的形成，該表面上可以淀積諸如鎳和金的金屬鍍層，有時候為備下邊還要進行的加上焊料的處理。這些表面元件，在陶瓷之內提供連接到別的電導體上的互連且它們的機械和電性能，對于多層陶瓷襯底和整個信息處理系統的可靠性非常重要。

傳統的陶瓷襯底用氧化鋁(即氧化鋁)形成，典型地說，在燒結后氧化鋁與熔化后的玻璃粉末結合到了一起。這樣的氧化鋁陶瓷襯底的燒結通常是需要1500℃以上的高溫處理過程。鉬和鎢被用做導電體，因為它們提供高的電導率，同時可以忍受這樣的高溫而不會熔化。這些金屬，在從燒結到低溫試驗的溫度范圍(典型地說分別為1600℃到-150℃)內與氧化鋁具有良好的熱膨脹匹配(CTE)。氧化鋁、鉬和鎢的熱膨脹系數是相似的，分別約為7、5和4ppm。

用這些金屬制作的表面元件，典型地說，借助于采用使玻璃粉末混合到用來形成圖形化的表面元件的厚膜膏中去的辦法進行共同燒制的工序，會很好地固結到陶瓷上。該表面元件被很好地粘接上去，而且因為在表面元件和陶瓷之間具有緊密地CTE匹配，以及氧化鋁陶瓷很牢固，故在熱循環期間不會在下面的陶瓷中產生應力。

在表面金屬元件和陶瓷之間的固結強度，當表面元件(典型地說被作為一個陣列提供)被用諸如陶瓷球柵陣列(CBGA)和陶瓷柱柵陣列(CCGA)之類的焊接工藝電連到印制電路板上的時候，是重要的。在放置CBGA工藝中，一個焊料球被用做襯底和印制電路板之間的間隙器。該焊料球具有比用來把球放置到陶瓷襯底和電路板上的焊料的高的熔化溫度。同樣，在CCGA放置工藝中，一個焊料柱導線可以用做在陶瓷襯底和電路板之間的互連布線。

在陶瓷襯底和電路板之間的電互連的可靠性，受許多參數的影響，其中包括在陶瓷襯底和電路板之間的CTE之差、兩者的粘接性、焊料陣列的大小和焊料接合的高度等。在熱循環期間，電路板的膨脹和縮短必須大于陶瓷襯底。這種變化在電路板和陶瓷襯底之間的焊料互連方面將產生大的應力，在最外邊的互連上將產生最大的拉伸力，而在焊料陣列的中心將產生最小的拉伸力。反復的熱循環，最終將使焊料互連疲勞從而導致失效，這將在陶瓷襯底和電路板之間的電通路內產生開路。

典型地說，焊料柱越長則使焊料疲勞的阻力就越大。在所有的其它參數相等的情況下，與CBGA比較，CCGA將能夠經受更多的循環才能達到疲勞，但是，由于CCGA與CBGA比在處理中易于受到破壞，而且其增加后的焊料長度會增加足以損害其電性能的電感，故是不理想的。

信息處理系統日益向著更高的速度、更大的功率和更高的可靠性前進。作為這種變化的一部分，在供半導體器件用的元件封裝中更高性能的陶瓷介電材料的應用日益擴展。特別是當與其它的陶瓷氧化物進行適度的組合時，具有不斷增加量的二氧化硅的陶瓷襯底的應用，將產生一種更低的介電常數材料以降低電子電路中的傳播延時，所以是理想的。與傳統的高氧化鋁陶瓷不同，這些陶瓷襯底具有更小的強度，因而在由于加進焊料的影響的負載下，似乎更易于破碎。