微电子封装工艺技术——DPC 陶瓷管壳续

对于定制型射频SiP，HTCC、LTCC多层陶瓷非常适合布线，因为高频信号传输对走线有特殊的要求。多层共烧陶瓷（高温共烧陶瓷HTCC/低温共烧陶瓷LTCC）由于其优异的纵向传输能力、机械强度，成为针对系统级多芯片封装的主流封装形式。然而，随着电子封装不断发展，封装的引线间距越来越小，封装密度越来越高，对于陶瓷基板的布线精度提出了更高的挑战。但现有DPC基板工艺只能制备单面或双面线路层，需要通过键合方式将DPC基板垂直堆叠才能制备多层陶瓷基板。而现有键合技术中，传统焊料键合虽然工艺简单，但其产生的金属间化合物（IMC）的不稳定性易导致器件可靠性问题。因此，研发一种具有高可靠性和高强度的键合技术成为制备多层陶瓷基板的关键。

多层DPC基板的制备：首先在500μm厚的氧化铝陶瓷片上进行激光打孔，孔径为100μm ；通过磁控溅射工艺在陶瓷片表面和通孔内溅射Ti/Cu种子层，其中Ti层厚度为100nm, Cu层厚度为400nm；随后在陶瓷基片表面进行贴干膜、曝光和显影；显影结束后在电镀槽中进行电镀填孔和图形增厚，待到电镀结束后利用刻蚀工艺去除表面残余干膜和种子层，并通过激光划片得到所需DPC基板。将单层DPC基板对准后放入真空炉中，待真空度低于8x10-2Pa后对基板加压、加热以进行铜﹣铜键合，保温保压0.5h后，释放压力并冷却至室温，得到多层陶瓷基板。多层DPC基板制备工艺流程如图1所示。研究团队所用键合机型号为德国SUSS SB 6e真空键合机，基板顶部施加轴向压力，基板顶底2端同时进行加热升温，确保样品受热均匀。

铜﹣铜键合关键参数：铜与陶瓷基板之间有热膨胀系数差异以及轴向压力，过热和过压均会导致基板发生形变而损坏，完成铜﹣铜键合的温度与压力值越低，越有利于多层基板的制备。 经过试验，选择250℃和24MPa作为铜﹣铜完全键合的最优工艺条件。超过此压力后，基板容易形变，超过此温度后，并未体现优势。不同工艺条件下铜-铜键合界面的 SEM图，如下图所示：

      图( a ）为按照本文所述工艺流程制备的平面DPC陶瓷基板、含围坝和微铜轴的三维陶瓷基板以及铜﹣铜键合后的多层陶瓷基板样品。为了保证整个基板的导通性和可靠性，在非键合区表面化学镀金防止铜层氧化。图( b ）为250℃和24 MPa 下通过铜﹣铜键合制备的多层陶瓷基板横截面图，可见三维陶瓷基板的微铜轴与围坝均与平面基板对应的图形键合，平面基板与三维基板在铜﹣铜键合过程中均没有受到破坏，并且形成了可靠封闭的腔体结构。图( c ）和图( d ）为微铜轴键合位置及其键合界面 SEM 放大图，在键合界面处没有观察到明显的缝隙，说明铜﹣铜键合效果较好。以上结果表明，铜﹣铜键合为制备多层陶瓷基板提供了一种可靠、高强度的技术方案。

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