陶瓷封装

　　陶瓷封装属气密性封装，这种封装的优点是:①耐湿性好，不易产生微裂现象。②热冲击实验和温度循环实验后不产生损伤，机械强度高。③热膨胀系数小，热导率高。④气密性好，芯片和电路不受周围环境影响。因而它适用于航空航天、军事工程所用的高优良、高频、耐高温、气密性强的产品封装。目前，陶瓷封装虽然在整个封装行业里所占比例不大，却是性能比较完善的封装方式。在要求高密封的场合，能选用陶瓷封装。据报道，在功耗30W以内，陶瓷封装是较佳选择。因此，陶瓷封装材料令人瞩目。

　　1、陶瓷封装概况

　　国外陶瓷封装日本居位，日本占据了美国陶瓷封装市场的90%~95%，占美国国防陶瓷封装市场的95%~98%。日本的NTK陶瓷公司、SMI公司和KyoceraInternational公司等三家陶瓷封装公司几乎垄断了美国电子武器装备用陶瓷封装IC和分立器件市场。90年代中期，美国政府命令防御电子系统只允许外购25%的陶瓷封装产品，其余都要由国内公司解决。国外用于高密度、高集成度陶瓷封装材料典型的产品有日本Kyocera公司生产的黑陶瓷粉料A440，白陶瓷粉料A473。

　　我国IC用陶瓷外壳生产厂目前主要有三家:江苏宜兴电子器件总厂、福建南平闽航电子器件公司和中国电子科技集团公司第13研究所，这三家均有从国外引进的生产线，采用流延技术可生产方形扁平陶瓷封装(CQFP)、无引线陶瓷芯片封装(CLCC)、插脚阵列式陶瓷封装(CPGA)等产品。CPGA可生产44针~257针系列，CQFP可生产44线~160线系列。宜兴厂和南平厂的年生产能力均为130万套。

　　2、陶瓷封装材料

　　高密度、气密性陶瓷封装对陶瓷封装材料的主要要求是:热膨胀系数小，热导率高，耐湿性好。陶瓷封装材料主要有Al2O3、BeO、SiC、Si3N4等，它们经成形、装配、烧结后制作管壳。几种封装用陶瓷的特性如表7如示。

　　(1)Al2O3陶瓷

　　传统的陶瓷封装材料是Al2O3陶瓷，成分从85%到99.9%。随着Al2O3含量增加，热导率增加。掺杂某些物质可满足特殊封装的需要。Al2O3陶瓷的优点是有好的绝缘性，好的化学稳定性和力学性能，价格低，因而是目前主要的陶瓷封装材料。国内Al2O3瓷料的主要生产厂家有郑州铝厂、国营南京772厂、国营成都715厂、宜兴电子器材总厂。

　　(2)SiC陶瓷

　　由表7可见，在几种陶瓷封装材料中，SiC的热导率很高，是Al2O3的13倍，热膨胀系数也低于Al2O3和AlN。但是，SiC的介电常数太高，是AlN的4倍，所以仅适用于密度较低的封装而不适用于高密度封装。

　　(3)AlN陶瓷

　　AlN陶瓷是被国内外专家较为看好的封装材料。AlN是一种具有纤锌矿结构的Ⅲ-V族化合物，它具有与SiC相接近的高热导率，热膨胀系数低于Al2O3，断裂强度大于Al2O3，其维氏硬度是Al2O3的一半。与同等的Al2O3相比，AlN的低密度使重量降低20%。封装用AlN的制造方法有两种(6):①Al2O3碳热还原法，其反应式为:Al2O3+3C+N2=2AlN+3CO②直接氮化金属铝。与碳热反应相比较，直接氮化反应制得AlN粉体的颗粒尺寸分布范围较宽，平均颗粒尺寸较大。通常在氮气氛中约1800℃下烧结AlN。烧结助剂Y2O3或CaO从AlN表面或晶格上获得氧，在晶界三相点处形成液体晶界相(Y-Al-O或Ca-Al-O)或者迁移到AlN烧结体表面。这促进了AlN致密化和晶粒生长，同时能防止氧原子扩散到AlN晶粒中，使之能够实现高达200W/m?K以上热导率的一种有效方法。在有添加成分和无添加成分下热压烧结AlN，热导率均随原料粉体的氧含量增加而下降(7)，所以原料粉体的氧含量不能超过1%。

　　由于AlN封装材料具有诸多优良性能，引起国内外封装界的重视。日本开展该材料研制较早，技术也较成熟，1983年就研制出热导率为260W/m?K的AlN封装与基片材料。当前日本制作AlN粉体的主要公司有KYOCERA、NTK、德山曹达、东洋铝业、电气化学工业、三井东压化学。日本正在开发AlN封装陶瓷的公司有京陶、日本特殊陶业、住友金属工业、富士通、东芝、日本电气等。国内AlN陶瓷封装材料的生产厂家主要有:国营成都715厂、中国电子科技集团公司第43研究所、建材院特种陶瓷研究所、江苏宜兴电子器材总厂、南京化工学院、无锡微电子科研中心等。2001年，国内生产AlN、Al2O3陶瓷粉料约1200吨，在封装市场上供不应求。