中國粉體網訊 近日，國瓷材料舉行了2022年度網上業績說明會，在業績會上國瓷材料總經理霍希云表示，精密陶瓷領域是國瓷材料未來新的增長引擎，公司已經掌握了陶瓷球、陶瓷基板等幾種產品從粉體到精密結構件乃至模組的一系列核心技術和制備工藝，將來有望在半導體等方面快速實現進口替代。
在面對半導體先進封裝的陶瓷TCV(Through Ceramic Via)，涉及陶瓷粉料、陶瓷晶圓制備以及TCV技術，跨度大，技術難度高，但相對于硅TSV以及玻璃TGV，陶瓷TCV有明顯的機械和電學性能優勢，國瓷材料結合自身技術沉淀以及陶瓷金屬化技術基礎，已完成技術可行性研究，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行深度配合和產品驗證。
什么是陶瓷TCV？
陶瓷穿孔互連技術（TCV），是一種應用于高密度三維封裝的新型互連技術。其利用陶瓷穿孔實現電路與電路之間、電路與附加單元之間線路垂直導通，利用薄膜多層電路實現多層布線，使電路體積在三維方向得到延伸，達到結構密度最大化。
TCV概念圖
先進封裝正在成為半導體產品性能提升的必由之路，也成為推動國內集成電路產業集聚發展的重要動力。三維集成微系統，也被認為是下一代集成電路發展的主要形式，其中轉接板作為三維集成的核心材料，有專家預測預計到2025年市場規模可達130億美元。
轉接板類型和技術有哪些？
轉接板作為多種元器件組裝平臺，是封裝體的基礎，一定程度上決定了系統的性能優劣。在電子封裝領域，基板通常需要具備高電阻率、耐高溫、高導熱率、耐腐蝕和低成本等性能。
按照基板材料的不同，轉接板可大致分為有機、硅基、玻璃和陶瓷四種。
（1）有機轉接板。有機轉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材料，采用層壓加工工藝即可進行大規模有機轉接板制造。與其他轉接板相比，有機轉接板的優勢在于其成本低，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，隨著層數的增加有機轉接板出現明顯的翹曲，一定程度上限制高集成三維封裝領域中有機轉接板的應用。
（2）硅基轉接板。硅基轉接板是一種已在工業生產中應用廣泛的轉接板技術，是通過硅通孔技術（TSV）實現基板上、下表面的垂直互連。然后，硅作為具有一定導電性的半導體材料，在電子系統中存在通孔漏電流及信號的耦合與串擾，且該情況在高頻電路中尤為嚴峻。因此在一定程度上限制了基于TSV轉接板封裝的器件性能。
（3）玻璃轉接板。玻璃轉接板采用玻璃通孔技術（TGV）可以在一定程度上克服由于硅半導體特性帶來的缺點。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，且高溫下性能穩定。然而玻璃轉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微缺陷會導致通孔漏電流的形成。
（4）陶瓷轉接板。陶瓷轉接板就是利用陶瓷TCV技術，基于陶瓷材料的良好絕緣性能和機械性能，在轉接板封裝技術中存在較大的優勢。
陶瓷轉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，電阻率高，同時其熱導率遠遠高于其他陶瓷材料，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性能參數對比
SiC制備成本較高，因此考慮AlN材料作為陶瓷轉接板基板材料。
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，陶瓷轉接板的機械性能均優于硅基轉接板和玻璃轉接板，且在多種陶瓷材料中，Al2O3（99%）與AlN機械性能優良，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轉接板的基底制作。
c.陶瓷材料電性能
電子終端市場的發展趨向于小型化、高度集成化、多種功能化等，電性能的優劣直接決定了產品內電子電路的工作質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℃工作環境中電阻率較高，隨溫度升高，電阻率有所降低。BeO各項指標良好，但具有輕微毒性，不考慮BeO材料作陶瓷轉接板；AlN材料的電阻率在不同溫度下電性能保持穩定，電阻率較高，且擊穿電壓居中，介電常數較高。
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、熱學和機械等方面的性能指標，基于AlN材料的TCV轉接板性能較為優良，具有良好的發展前景。
陶瓷TCV技術在國內處于起步階段，在材料體系中，除了陶瓷基板的堆疊，還可以開發玻璃、藍寶石等多種基板的異構堆疊，為微系統的多功能異構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：陶瓷轉接板關鍵技術
秦躍利等：陶瓷穿孔三維互連（TCV）技術研究
全景網、中國粉體網
（中國粉體網編輯整理/空青）
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