[其他]以玻璃為粘結組分的金屬陶瓷襯底

無效

• 申請號: 87101815
• 申請日: 1987-03-11
• 公開（公告）號: CN87101815A
• 公開（公告）日: 1987-09-23
• 發明（設計）人: 迪派克·馬胡利卡
• 申請（專利權）人: 奧林公司
• 主分類號: C04B37/00
• 分類號: C04B37/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 段承恩,許汝巽

本申請與S.H.Butt的題為“低熱膨脹性與高熱導率襯底”的4，569，692號美國專利有關。

雖然本發明易獲得廣泛的應用，但它特別適用于作微電子技術的襯底。本發明主要針對，將熱膨脹性與熱導率不相同的材料粘結在一起，形成一種在剛性與熱性能上都得到提高的粘結復合材料。

低膨脹性材料，在微電子工業中廣泛用作半導體封裝、多元裝置混合電路封裝、片載體與印刷電路板等的襯底材料。當襯底的熱膨脹系數成為關鍵因素，即當硅片或低膨脹性的無引線基片直接安裝在這種襯底上時，屬于上述應用中的后一部分就尤其有用。

就當前的工藝水平來說，在多數情況下，低膨脹性的陶瓷與金屬襯底材料可能用膨脹性較高的金屬代替。一般而論，高膨脹性的金屬材料，是與經適當選擇的高膨脹性玻璃或有機粘合劑結合使用的。這些材料的組合體與以低熱膨脹系數（CTE）的硅為基質的微電子元件之間的CTE失配是通過粘結劑或焊料劑之類的固定體系來調節的，這類體系防止了，在典型的脆性與易碎的半導體元件內出現不能承受的高熱應力。然而，由于高CTE金屬襯底與低CTE半導體基片間嚴重失配，就未必容易給出可對它們之間生成的潛在熱應力進行調節的元件固定體系。為了更好地評價本發明的這類獨特材料的優點，下面列舉出傳統襯底材料的局限性。

氧化鋁陶瓷當前被最廣泛地用作這類襯底材料。在氧化鋁與半導體基片的CTE之間存在中等程度的失配。這樣程度的失配，對于固定在氧化鋁襯底上的基片，當經歷熱循環時，一般不會產生無法承受的高應力。甚至當此種基片的尺寸相當地大，或當此基片剛性地粘附到襯底上時，上述的失配性通常也是可接受的。氧化鋁類陶瓷特別具有吸引力，因為它們的價格低于絕大多數其它的低膨脹性襯底材料。但是，氧化鋁陶瓷有許多缺點，例如尺寸公差控制性欠佳以及導熱性差等，即熱導率的范圍從約10～20瓦/米-°K（W/m-°K）。此外，制造能力限制著氧化鋁陶瓷襯底的面積小于約50平方英寸。

具有約190W/m-°K的頗高的熱導率的氧化鈹陶瓷，在特殊應用中可取代氧化鋁陶瓷。鈹所固有的高成本，導致了這類陶瓷材料襯底極其昂貴。氧化鈹襯底另一缺點是它的毒性，需要謹慎的處置和格外細心的控制其粉塵。但是，即使存在高的材料成本、昂貴的加工費用和毒性控制問題，在要求提高熱導率時，經常采用氧化鈹襯底。

具有熱導率約為142W/m-°K的鉬金屬帶，有時用作襯底材料，特別用于混合電路封裝。盡管鉬的價格昂貴并且難以加工，但它確能提供高的熱導率，同時又有約49×10^-7英寸/英寸/℃的低CTE。采用鉬部件的嚴重缺點是，由于它的抗氧化性能差，特別難以加工。

低膨脹性襯底用的包覆金屬，一般包括包覆到一種具有很低熱膨脹性的鎳鐵合金（例如殷鋼）芯料上的高導熱性與高熱膨脹性的銅或銅合金。這樣得到的復合件具有與氧化鋁陶瓷和氧化鈹陶瓷相當的CTE。包以銅或包以銅合金的目的，在于改進鎳合金較差的導熱性。然而，這里所改進的導熱性主要表現在展拓到襯底的長寬方向的平面中。與此同時，通過這種復合金屬件厚度（主要由鎳鐵合金芯料組成）上的導熱率，仍然相當地低。這類鎳鐵合金的成本以及制造包覆金屬所涉及到的較高加工用費，造成了這類襯底材料價格昂貴，然而和與之性能相當的氧化鈹襯底或鉬襯底對照，仍屬價廉的。

本發明是針對稱作金屬陶瓷的復合材料。顧名思義，這類材料包括金屬和陶瓷的混合物。這種材料與尺寸相當的金屬襯底相比，優點是提高了剛性而重量較輕。它與陶瓷襯底相比，具有高得多的CTE和熱導率，并且有導電性。而且，這種金屬陶瓷是在遠比陶瓷燒結溫度（約1600℃）低的溫度下制造的，同時加工費用一般也較低。除此，這種金屬陶瓷的CTE與熱導率能在較廣的數值范圍內選擇。迄今為止的問題是，這類材料不易粘結成電子技術應用中所需的剛性結構。