高温共烧陶瓷HTCC金属化膜厚影响因素分析

陶瓷封装的结构强度高、化学稳定性好、电热和微波等性能优秀，是性能优良的高功率密度解决方案之一。陶瓷封装用的外壳是由高温共烧陶瓷HTCC而成。

 

图源中电55所

 

在陶瓷外壳中，金属化膜的作用是实现外壳内部电路与系统之间提供电能传输、信号传递、机械支撑和环境保护等。在高密度封装电路中，通过控制传输线的厚度，减弱信号在通道中的反射，实现特征阻抗匹配显得非常重要。

在材料、工艺等方面，高温共烧陶瓷钨金属化浆料粒度、丝网规格、印刷工艺参数和烧结温度对HTCC的膜厚都有不同程度的影响。

一、钨金属浆料

钨浆图源自大连海外华昇

钨金属化用印刷浆料与其他厚膜导电材料类似，一般包括70wt%~85wt%的钨粉和无机氧化物粉体，15wt%~30wt%以乙基纤维素和松油醇等为主的有机载体。

有机载体能够保持分散在内部的导电金属钨粉和无机粘结相粉体形成稳定的悬浮态，赋予钨金属化浆料良好的印刷性能并且使导电金属钨粉和无机粘结相在印刷后能够牢固地附着在陶瓷坯体上，在烧结过程能够排除。

二、丝网规格

金属化膜层厚度随印刷丝网丝径的增粗而增厚，随涂覆在丝网上的感光膜层厚度增加而增加。透过丝网上开口部分的金属化浆料的体积在很大程度上取决于丝网的丝径和涂覆在上面的感光膜厚度。理论上增加丝网丝径和涂覆在上面的感光膜厚度可以得到任意需要的金属化膜层厚度。

金属化膜厚随丝网感光膜厚度的变化

但随着丝径和膜层增加到一定厚度，由于图形边缘被金属丝阻挡，感光膜在制版显影过程中易被水冲走，印刷过程金属化膜层与感光膜剥离困难，从而导致通过印刷得到的厚膜不理想。

三、丝网印刷工艺参数

丝网印刷是微电子陶瓷封装的关键技术之一。印刷机刮刀在丝网表面移动，浆料填满丝网上的开口部分，一旦刮刀从该点刮过，丝网从刮刀通过的地方与生瓷膜片分离并恢复原状，将钨金属化浆料留在生瓷膜片上形成具有一定厚度和图形的金属化膜。一般地，金属化膜层厚度随刮刀移动速度的增加呈现出先降低后趋于稳定的变化趋势。

四、烧结温度是陶瓷管壳成型的关键步骤

在陶瓷与钨膜进行烧结过程中，温度从200℃上升到1000℃范围内，金属化膜层和生瓷膜片中的有机载体发生氧化分解反应，以CO和CO2的形式逸出，金属化膜层和生瓷膜片中的金属钨和氧化铝等固体粉体在重力作用下发生重排，厚度明显下降。在1100~1600℃温度范围内，金属化膜层和氧化铝膜片内部的金属钨粉体与金属钨粉体、金属钨粉体和氧化铝粉体、氧化铝粉体和氧化铝粉体之间的低熔点玻璃相融熔，通过形成液相，物质发生质点迁移，液相含量增加，在液相张力作用下金属钨粉体和氧化铝粉体发生滑移和重排，气孔逐渐缩小并排除，金属化膜层厚度进一步降低。

在冷却过程中，随着温度的降低，低熔点玻璃相从液相转变为固相，金属化膜层和熟瓷膜片的外形结构得到有效保持。

 

文章来源：唐利锋,程凯,庞学满,张鹏飞.高温共烧陶瓷金属化膜厚影响因素分析

原文始发于微信公众号（艾邦加工展）：高温共烧陶瓷HTCC金属化膜厚影响因素分析