中國粉體網(wǎng)訊 近日，國瓷材料舉行了2022年度網(wǎng)上業(yè)績說明會，在業(yè)績會上國瓷材料總經(jīng)理霍希云表示，精密陶瓷領(lǐng)域是國瓷材料未來新的增長引擎，公司已經(jīng)掌握了陶瓷球、陶瓷基板等幾種產(chǎn)品從粉體到精密結(jié)構(gòu)件乃至模組的一系列核心技術(shù)和制備工藝，將來有望在半導(dǎo)體等方面快速實現(xiàn)進(jìn)口替代。
在面對半導(dǎo)體先進(jìn)封裝的陶瓷TCV(Through Ceramic Via)，涉及陶瓷粉料、陶瓷晶圓制備以及TCV技術(shù)，跨度大，技術(shù)難度高，但相對于硅TSV以及玻璃TGV，陶瓷TCV有明顯的機械和電學(xué)性能優(yōu)勢，國瓷材料結(jié)合自身技術(shù)沉淀以及陶瓷金屬化技術(shù)基礎(chǔ)，已完成技術(shù)可行性研究，且已在部分高難度單點工藝取得突破，正在和下游特定伙伴進(jìn)行深度配合和產(chǎn)品驗證。
什么是陶瓷TCV？
陶瓷穿孔互連技術(shù)（TCV），是一種應(yīng)用于高密度三維封裝的新型互連技術(shù)。其利用陶瓷穿孔實現(xiàn)電路與電路之間、電路與附加單元之間線路垂直導(dǎo)通，利用薄膜多層電路實現(xiàn)多層布線，使電路體積在三維方向得到延伸，達(dá)到結(jié)構(gòu)密度最大化。
TCV概念圖
先進(jìn)封裝正在成為半導(dǎo)體產(chǎn)品性能提升的必由之路，也成為推動國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展的重要動力。三維集成微系統(tǒng)，也被認(rèn)為是下一代集成電路發(fā)展的主要形式，其中轉(zhuǎn)接板作為三維集成的核心材料，有專家預(yù)測預(yù)計到2025年市場規(guī)模可達(dá)130億美元。
轉(zhuǎn)接板類型和技術(shù)有哪些？
轉(zhuǎn)接板作為多種元器件組裝平臺，是封裝體的基礎(chǔ)，一定程度上決定了系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。在電子封裝領(lǐng)域，基板通常需要具備高電阻率、耐高溫、高導(dǎo)熱率、耐腐蝕和低成本等性能。
按照基板材料的不同，轉(zhuǎn)接板可大致分為有機、硅基、玻璃和陶瓷四種。
（1）有機轉(zhuǎn)接板。有機轉(zhuǎn)接板的基板材料通常以玻璃纖維作加強劑有機樹脂為基礎(chǔ)材料，采用層壓加工工藝即可進(jìn)行大規(guī)模有機轉(zhuǎn)接板制造。與其他轉(zhuǎn)接板相比，有機轉(zhuǎn)接板的優(yōu)勢在于其成本低，工藝簡單且成熟，又因為其粗糙度較小，
所以通孔金屬化難度較小。
但是，有機轉(zhuǎn)接基板的熱性能較差，其熱膨脹與硅組件相差較大，成品率低，隨著層數(shù)的增加有機轉(zhuǎn)接板出現(xiàn)明顯的翹曲，一定程度上限制高集成三維封裝領(lǐng)域中有機轉(zhuǎn)接板的應(yīng)用。
（2）硅基轉(zhuǎn)接板。硅基轉(zhuǎn)接板是一種已在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的轉(zhuǎn)接板技術(shù)，是通過硅通孔技術(shù)（TSV）實現(xiàn)基板上、下表面的垂直互連。然后，硅作為具有一定導(dǎo)電性的半導(dǎo)體材料，在電子系統(tǒng)中存在通孔漏電流及信號的耦合與串?dāng)_，且該情況在高頻電路中尤為嚴(yán)峻。因此在一定程度上限制了基于TSV轉(zhuǎn)接板封裝的器件性能。
（3）玻璃轉(zhuǎn)接板。玻璃轉(zhuǎn)接板采用玻璃通孔技術(shù)（TGV）可以在一定程度上克服由于硅半導(dǎo)體特性帶來的缺點。通常所用玻璃的主要成分為SiO2，電阻率較高(1012-1016Ω·cm)，信號隔離度較好，且高溫下性能穩(wěn)定。然而玻璃轉(zhuǎn)接板因其基板脆度較大，在基板通孔加工過程中難度較大，成品率較低，成本較高，同時在加工過程過存在的細(xì)微缺陷會導(dǎo)致通孔漏電流的形成。
（4）陶瓷轉(zhuǎn)接板。陶瓷轉(zhuǎn)接板就是利用陶瓷TCV技術(shù)，基于陶瓷材料的良好絕緣性能和機械性能，在轉(zhuǎn)接板封裝技術(shù)中存在較大的優(yōu)勢。
陶瓷轉(zhuǎn)接板中所用到陶瓷材料有哪些？
通常陶瓷材料有AlN、Al2O3和BeO等，以下對陶瓷材料的熱性能、機械性能及電性能進(jìn)行對比。
a . 熱性能
AlN陶瓷因其具有與Si相近的低熱膨脹系數(shù)，電阻率高，同時其熱導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他陶瓷材料，因此芯片與芯片間、基板上下表面間的信號損耗較小，信號完整性良好。
AlN、SiO2 和Si性能參數(shù)對比
SiC制備成本較高，因此考慮AlN材料作為陶瓷轉(zhuǎn)接板基板材料。
b .陶瓷材料的機械性能
部分陶瓷材料機械性能
綜合以上五項機械性能相比，陶瓷轉(zhuǎn)接板的機械性能均優(yōu)于硅基轉(zhuǎn)接板和玻璃轉(zhuǎn)接板，且在多種陶瓷材料中，Al2O3（99%）與AlN機械性能優(yōu)良，成本較SiC、金剛石低，制備過程相對容易。在機械性能方面更適用于三維封裝體內(nèi)轉(zhuǎn)接板的基底制作。
c.陶瓷材料電性能
電子終端市場的發(fā)展趨向于小型化、高度集成化、多種功能化等，電性能的優(yōu)劣直接決定了產(chǎn)品內(nèi)電子電路的工作質(zhì)量以及電路對電磁的抗干擾能力。
部分陶瓷材料電性能
純度99%的Al2O3材料在25℃工作環(huán)境中電阻率較高，隨溫度升高，電阻率有所降低。BeO各項指標(biāo)良好，但具有輕微毒性，不考慮BeO材料作陶瓷轉(zhuǎn)接板；AlN材料的電阻率在不同溫度下電性能保持穩(wěn)定，電阻率較高，且擊穿電壓居中，介電常數(shù)較高。
綜合以上因素，AlN材料硬度高，機械強度大，牢固性好。綜合考量電學(xué)、熱學(xué)和機械等方面的性能指標(biāo)，基于AlN材料的TCV轉(zhuǎn)接板性能較為優(yōu)良，具有良好的發(fā)展前景。
陶瓷TCV技術(shù)在國內(nèi)處于起步階段，在材料體系中，除了陶瓷基板的堆疊，還可以開發(fā)玻璃、藍(lán)寶石等多種基板的異構(gòu)堆疊，為微系統(tǒng)的多功能異構(gòu)集成的微型化集成提供更多更有效的解決途徑。
來源：
孫雅婷：陶瓷轉(zhuǎn)接板關(guān)鍵技術(shù)
秦躍利等：陶瓷穿孔三維互連（TCV）技術(shù)研究
全景網(wǎng)、中國粉體網(wǎng)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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