Semiconductor Technology Vol. 29 No. 3March 200441１ 引言随着半导体ＩＣ芯片集成化、速度和功率的日益提高，以及电子整机向小、轻、薄方向发展，对与之相适应的高密度电路基板的要求也越来越高。
过去采用高温共烧技术制成的多层陶瓷基板，由于布线导体材料必须是诸如钨、锰等高熔点金属，不仅电阻大，性能差，而且成本高，很难推广应用。
而ＡｌＮ／ｇｌａｓｓ复合材料的烧结温度可控制在１０００℃以内，从而使得和高导电银的共烧成为可能。
本文将研究以银为共烧布线材料，采用丝网印刷金属化图形，流延制备ＡｌＮ／ｇｌａｓｓ复合材料坯片，来实现低温共烧。
２ 实验过程银基多层氮化铝陶瓷基板低温共烧的工艺研究戎瑞芬，汪荣昌，顾志光（复旦大学材料科学系， 上海 ２００４３３）摘要：从低温共烧的工艺角度来研究氮化铝坯片和银浆的排胶，从而确立排胶的温度及烧结气氛的控制。
结果表明，二次排胶法与在氮气气氛中加入微量氧进行烧结，获得了综合性能优良的银布线多层陶瓷基板。
关键词：氮化铝；银浆；排胶；低温共烧中图分类号：ＴＮ４０５；ＴＢ３５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３－３５３Ｘ（２００４）０３－００４１－０３Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ＬＴＣＣ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｓｉｌｖｅｒ－ｂａｓｅｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ＡｌＮ ｃｅｒａｍｉｃ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓＲＯＮＧ Ｒｕｉ－ｆｅｎ， ＷＡＮＧ Ｒｏｎｇ－ｃｈａｎｇ， ＧＵ Ｚｈｉ－ｇｕａｎｇ，（ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｆｕｄａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００４３３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ ｏｆ ＡｌＮ ｇｒｅｅｎ ｔａｐｅ ａｎｄ Ａｇ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｐａｓｔｅｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｖｉｅｗ ｏｆ ＬＴＣＣ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ａｎｄ ｏｐｔｉｍｕｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｅｖａｃｕａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｏｆｉｒｉｎｇ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅｂｅｓｔ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｉｌｖｅｒ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ＡｌＮ ｃｅｒａｍｉｃ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ｃａｎ ｂｅｅｎａｃｈｉｅｖｅｄ ｂｙ ｔｗｏ－ｓｔｅｐ ｏｒｇａｎｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｃｏｆｉｒｅ ｔｈｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｕｓｉｎｇ ｍｉｘｅｄａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｇａｓｅｓ ｏｆ ｎｉｔｒｉｄｅ ａｎｄ ｍｉｃｒｏ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｏｘｉｄｅ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＡｌＮ；Ａｇ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｐａｓｔｅ；ｖｅｈｉｃｌｅ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ；ＬＴＣＣ图１ ＡｌＮ多层基板制备工艺流程图ＡｌＮ多层基板制备工艺流程图见图１。
专题报道半导体技术第２９卷第３期二ＯＯ四年三月42２．１ ＡｌＮ流延坯的原料组成采用ＳＨＳ－ＡｌＮ粉为初始原料，经抗水化处理后得到抗水性ＡｌＮ粉末（Ｈ－ＡｌＮ）。
选用了无水乙醇（ＥＯＨ）和丁酮（ＭＥＫ）的二元恒沸混合物做溶剂，磷酸三乙酯（ＴＥＰ）作分散剂，聚乙烯醇缩丁醛（ＰＶＢ）作粘结剂，聚乙二醇（ＰＥＧ）和邻苯二甲酸二乙酯（ＰＨＴ）作增塑剂。
ＡｌＮ流延坯的厚度根据实验需要进行调整，本实验采用坯片厚度为０．２ｍｍ。
２．２ 共烧金属浆料的组分材料制备银导体浆料由银粉、玻璃粘结剂、氧化物和有机载体搅拌而成。
银粉平均粒径１μｍ，混有少许片状银粉以调整收缩率和提高致密性；粘结相为低氧化铅含量的晶化玻璃料；有机载体基本成分为乙基纤维素、松油醇、蓖麻油、邻苯二甲酸二丁酯等，并加入流平剂、表面活性剂和二次流动控制剂等组成。
玻璃粉与银粉的重量比约为３：７。
２．３ ＡｌＮ多层基板共烧工艺２．３．１ 多层布线互连导体浆料采用２００目的丝网模版印刷在ＡｌＮ流延坯片上，厚度约１５µｍ，获得图形的最小线宽２００µｍ。
印刷过后对导线条进行干燥，目的是缓慢地排除部分低分子量的有机载体，对导线条进行初步的固化。
实验表明，干燥时速度不宜过快，以防止溶剂快速挥发而产生缺陷。
本实验的工艺条件为１２０℃，２０ｍｉｎ。
经通孔、叠压工艺后获得ＡｌＮ多层生坯。
叠压工艺参数如温度、压力、保温时间等均会对ＡｌＮ多层生坯片的质量产生直接影响。
实验采用叠压温度６０￣８０ ℃，压力４ＭＰａ，时间０．５￣２ ｍｉｎ。
图２为多层（三层）ＡｌＮ复合材料基板的金属布线图形。
２．３．２ 排胶与共烧共烧的初期段为ＡｌＮ流延素坯的排胶阶段。
由于流延坯和金属浆料内含有大量的载体和粘结剂，烧结前必须排胶，才能进入烧结阶段。
本实验采用空气气氛下二次排胶工艺，即在第一次升温后，降温，再进入第二次升温进行排胶与烧结。
具体工艺为：室温 → ４５０℃， 升温速率约为２ ℃／ｍｉｎ；４５０℃ → 室温， 自然冷却；室温 → ６００℃， 升温速率约为５ ℃ ／ｍｉｎ； ６００℃ → ９３０℃， 在６００℃时通Ｎ２及微Ｏ２，升温到９３０℃，在９３０℃ 时保持３０ｍｉｎ，进行烧结。
３ 结果与讨论３．１ 排胶工艺的确定图３为ＡｌＮ流延坯片在空气中的热失重曲线；图４为ＡｌＮ流延坯片在氮气中的热失重曲线。
升温速率均为１５℃／ｍｉｎ。
从图中可以看出，两者的排胶情况是不同的。
在氮气中排胶，在２５０￣３５０℃之间出现快速排胶期，３５０℃以后有一个缓慢排胶期，持续至４５０℃左右，排胶过程基本结束。
而在氧化性气氛中，排胶集中在２５０￣４００℃之间的一个快速排胶过程中。
从失重情况来看，空气中图２ ＡｌＮ复合材料基板的金属布线图图３ ＡｌＮ流延坯片在空气中的热失重曲线图４ ＡｌＮ流延坯片在氮气中的热失重曲线专题报道Semiconductor Technology Vol. 29 No. 3 March 200443４００℃时失重约１８％，氮气中４５０℃时失重约１０％，说明前者比后者有机物的排除更为彻底。
这是因为相对于氮气气氛中的分解排胶而言，氧化性气氛还提供了一个氧化排胶的途径。
排胶过程中有机物分解产生的大量残余碳与氧反应，生成气相化合物而挥发（Ｃ＋Ｏ２＝ＣＯ２↑）。
图５是银浆在空气中的热失重曲线；图６是银浆在氮气中的热失重曲线。
与氮化铝生坯的结果类似，空气中银浆的排胶温度要低于氮气（空气中约为３５０℃，氮气中约为４００℃）。
银浆排胶与生坯不同的是，前者有机物的排除有一个明显的分阶段在不同的气氛中有所不同，空气中为２２０￣４００℃，氮气中为３５０￣５００℃。
因此，在空气气氛下可以加速排胶的进行，在空气气氛排胶过程中，随着温度的升高，有机物分解产生的大量残余碳与空气中氧反应产生气相化合物而挥发（Ｃ＋Ｏ２＝ＣＯ２↑）。
通过以上描述可以看出，坯片和银浆的排胶没有明显先后，都是在５００℃以上失重变缓，排胶基本结束。
在实际烧结过程中，在３００￣４５０℃的升温速率较为缓慢，此温度范围是排胶的主要区域。
３．２ 共烧过程的气氛控制完成丝网印刷的素坯片经过排胶后，最初是在高纯氮气气氛中进行共烧的工艺过程，其最终烧结温度在９３０℃左右，保持３０ｍｉｎ。
但是陶瓷共烧表面金属化布线并不成功，如图７所示，银膜存在收缩起球现象。
经多次的实验，发现改变烧结的气氛环境，表面共烧布线可以在氮气气氛中加入氧气的条件下完成。
进一步的实验表明，即使烧结气氛中通入的氧气量很少（Ｏ２和Ｎ２的流量比为１∶４００），ＡｌＮ坯片仍可与Ａｇ浆布线成功，烧成的银布线表面如图８所示银布线导电性能良好。
由此可见，烧结的气氛环境对共烧有非常重要的影响。
图５ 银浆在空气中的热失重曲线图６ 银浆在氮气中的热失重曲线过程，失重曲线出现“台阶”。
这和银浆中有机物成分配比有关。
银浆中相对沸点较低的有机载体（松油醇＋蓖麻油，约２５％）的含量很高，同时也含有少量的较高沸点的有机添加剂，即乙基纤维素＋邻苯二甲酸二丁脂（ＤＥＰ，约４％）。
因此，银浆料的有机物排除有两个过程，第一阶段失重在２０％以上，对应的是沸点较低、含量较高的有机溶剂（松油醇，蓖麻油）的排除，其温度范围空气中和氮气中大致相同，为１２０￣２００℃；第二阶段失重在５％左右，对应的是沸点较高、较难排除的有机物（乙基纤维素，ＤＢＰ）的排除，其温度范围图８ 氮气氛中加微氧共烧表面银布线显微图图７ 氮气氛共烧表面银布线显微图对于在氮气气氛中加入微量氧气气氛，烧结的样品银布线几乎不发生球化现象。
分析表明，这可能与基体表面形成的少量Ａｌ２Ｏ３和Ｙ－ＡＬＯＮ有关，形（下转第７５页）专题报道Semiconductor Technology Vol. 29 No. 3March 200475大容量存储产品；打印机、复印机和其他办公产品；仪器、仪表；机器人控制。
ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ被广泛用于数字化控制中，一个基于ＤＳＰ的逆变电源控制系统原理框图见图２［４］。
系统主要由ＤＳＰ（ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ）、电压电流反馈、ＰＷＭ驱动放大电路、键盘显示及上位机组通信由ＳＣＩ异步串行口实现。
ＪＴＡＧ接口用于系统的在线仿真和测试。
４ 结束语随着工业控制性能要求的提高，控制方案的选择变得越来越关键，逐步形成了由数字控制代替模拟控制的局面。
ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ为数字控制应用提供了理想的解决方案。
参考文献：［１］ ＴＭＳ３２０Ｆ／Ｃ２４ｘ ＤＳＰ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ ＣＰＵ ａｎｄ ＩｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＳｅｔ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｇｕｉｄｅ （Ｒｅｖ． Ｃ）［Ｍ］．Ｔｅｘａｓ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓＩｎｃ，２００１．［２］ ＴＭＳ３２０ＬＦ／ＬＣ２４０ｘＡ ＤＳＰ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｐｅ－ｒｉｐｈｅｒａｌｓ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｇｕｉｄｅ （Ｒｅｖ．Ｂ）［Ｍ］．Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕ－ｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ，２００１．［３］ 张雄伟，曹铁勇． ＤＳＰ芯片的原理与开发应用（第２版）［Ｍ］． 北京：电子工业出版社，２０００．［４］ 李爱文，张承慧． 现代逆变技术及其应用［Ｍ］．北京：科学出版社，２０００．（收稿日期：２００３０１２０）作者简介：吴开源 （１９７８－），男，华南理工大学博士研究生，研究方向为电力电子技术、数字信号处理器的应用；黄石生 （１９３８－），男，教授，博士生导师，主要从事逆变电源及其智能控制的研究工作，编书７部，发表论文１００多篇，其中被世界三大索引收录４０多篇。