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氮化硅陶瓷基板的制備工藝流程介紹

氮化硅陶瓷基板

傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體由于自身物理性能不足,逐漸不適應(yīng)于半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展需求,在此背景下第三代半導(dǎo)體應(yīng)運(yùn)而生,第三代半導(dǎo)體材料具有禁帶寬度大、擊穿電場(chǎng)高、熱導(dǎo)率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強(qiáng)等特點(diǎn),在高頻、高壓、高溫等工作場(chǎng)景中,有易散熱、小體積、低能耗、高功率等明顯優(yōu)勢(shì),碳化硅已成為目前應(yīng)用最廣、市占率最高的第三代半導(dǎo)體材料。

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氮化硅作為基板材料具有非常明顯的可靠性,采用氮化硅陶瓷基片制作的AMB 陶瓷襯板,與第三代半導(dǎo)體襯底 SiC 晶體材料的熱膨脹系數(shù)更為接近,匹配更穩(wěn)定,高導(dǎo)熱率、高力學(xué)性能的氮化硅陶瓷基片正在逐漸成為寬禁帶半導(dǎo)體器件首選的基板材料。國(guó)內(nèi)外企業(yè)也對(duì)氮化硅基片逐漸加大投入。


氮化硅陶瓷基片的總體生產(chǎn)工藝流程包括混料、球磨、脫泡、流延成型、沖壓、敷粉(噴粉)、排膠、燒結(jié)、除粉清洗、磨邊、掃光、研磨、超聲波清洗、甩干、激光切割、質(zhì)檢等工序。

1、混料、球磨、脫泡

將氮化硅粉、氧化釔粉等粉體與有機(jī)助劑進(jìn)行混料,混料完成后的物料輸送至球磨工序。

球磨工序包括一次球磨及二次球磨:

  • 一次球磨目的是將固態(tài)原料與液態(tài)物料混合,球磨產(chǎn)物粒徑較大但能形成漿液。

  • 一次球磨后的漿液通過(guò)密閉帶式輸送機(jī)輸送至二次球磨機(jī)內(nèi),同時(shí)向二次球磨機(jī)內(nèi)按比例加入 PVB 樹(shù)脂(粘結(jié)劑,保證漿料干燥后陶瓷顆粒粘接)、聚乙二醇及鄰苯二甲酸二乙酯(增塑劑,使基片具有柔韌性,便于后續(xù)裁切),二次球磨機(jī)對(duì)漿液進(jìn)一步混合研磨。


球磨完畢的漿料經(jīng)密閉帶式輸送機(jī)輸送至脫泡機(jī)內(nèi)利用物理方法去除其中的氣泡,制得適于流延成型的具有一定膠體粘度的流延漿料。

所需設(shè)備:混料研磨機(jī)、球磨機(jī)、脫泡機(jī)

2、流延成型

流延成型工序包括流延及干燥工序。將脫泡罐與流延機(jī)進(jìn)料管連接,通過(guò)氮?dú)饧訅海節(jié){料進(jìn)入流延機(jī)內(nèi),在膜帶上鋪展為均勻薄膜,經(jīng)輸送帶輸送至烘道中,由電加熱產(chǎn)生的熱風(fēng)對(duì)漿料進(jìn)行烘干,加熱溫度約 150~180℃,烘干過(guò)程中部分沸點(diǎn)較低的有機(jī)物揮發(fā)從漿料中去除,得到干燥的基板。 

所需設(shè)備:流延機(jī)

3、沖壓裁切

對(duì)流延成型的坯體沖壓裁切,形成氮化硅生坯片。

所需設(shè)備:沖壓機(jī)

4、敷粉/噴粉

通過(guò)噴粉機(jī)在坯片表面敷上一層氮化硼粉。氮化硼粉起隔離瓷片的作用,目的是確保燒結(jié)過(guò)程中瓷片不會(huì)相互粘結(jié)。

所需設(shè)備:噴粉機(jī)

5、排膠

將敷粉后的坯體送入排膠爐中,在 500~700℃下排膠爐對(duì)坯體進(jìn)行排膠處理,使有機(jī)助劑在排膠過(guò)程中揮發(fā)、分解而從坯體中去除。

所需設(shè)備:脫脂爐/排膠爐

6、燒結(jié)

燒結(jié)是通過(guò)高溫加熱粉體材料產(chǎn)生顆粒粘結(jié)、再結(jié)晶等物理化學(xué)過(guò)程得到致密化的具有一定強(qiáng)度的塊狀產(chǎn)品工藝。將排膠后的陶瓷坯體置于氣氛氣壓燒結(jié)爐內(nèi),燒結(jié)過(guò)程采用氮?dú)獗Wo(hù)。 

所需設(shè)備:燒結(jié)爐

7、除粉清洗

通過(guò)拋刷及超聲波清洗(采用純水清洗)將燒結(jié)后基板表面的氮化硼層去除?;驘Y(jié)后的陶瓷基片經(jīng)刷洗后烘干,刷洗烘干后的陶瓷基片表面會(huì)有少量未徹底清除的粉末,需采用噴砂機(jī)進(jìn)行二次清理。

所需設(shè)備:磨床、烘干機(jī)、噴砂機(jī)、超聲波清洗機(jī)、

8、磨邊、掃光、研磨

通過(guò)磨邊、掃光、研磨等工序使得基板側(cè)面和表面更加平整,提高產(chǎn)品的精度。

曲面掃光機(jī)首先向基板表面淋洗研磨液,研磨液將基板表面潤(rùn)濕后利用毛刷盤(pán)對(duì)基板表面進(jìn)行研磨,曲面掃光可以改善基板上下表面的平行度,在后續(xù)基板進(jìn)一步加工時(shí),可以更嚴(yán)格地控制基板的電感和電容,提高電路的并行性。

所需設(shè)備:曲面掃光機(jī)、磨邊機(jī)、拋光機(jī)

9、清洗、甩干

利用超聲清洗的方式,去除瓷片表面的研磨液,清洗后的陶瓷基片通過(guò)甩干機(jī)甩干。

所需設(shè)備:超聲波清洗、甩干機(jī)

10、激光切割

制成的陶瓷基片采用激光切割機(jī)切割成相應(yīng)的尺寸。

所需設(shè)備:激光切割機(jī)

11、質(zhì)檢入庫(kù)

通過(guò)目檢和設(shè)備檢測(cè)的方式,檢驗(yàn)產(chǎn)品的外觀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整性, 將符合質(zhì)量要求的瓷片分選入庫(kù)。

所需設(shè)備:檢測(cè)設(shè)備


深圳市金瑞欣特種電路技術(shù)有限公司

金瑞欣——專(zhuān)業(yè)的陶瓷電路板制造商

通過(guò)公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)的不懈努力,現(xiàn)已成功研發(fā)微小孔板、高精密板、難度板、微型化板、圍壩板等,具備DPC、DBC、HTCC、LTCC等多種陶瓷生產(chǎn)技術(shù),以便為更多需求的客戶(hù)服務(wù),開(kāi)拓列廣泛的市場(chǎng)。

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