專利名稱：聚合物－陶瓷復(fù)合電子襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于高性能電子和光學(xué)封裝的聚合物-陶瓷復(fù)合互連襯底。本發(fā)明具體涉及高導(dǎo)熱的和電絕緣的襯底，通過使用用于封裝襯底的填充陶瓷的聚合物和填充聚合物的陶瓷而使芯片-襯底和襯底-卡片的互連可靠性提高，其介電常數(shù)低且其熱膨脹系數(shù)(CTE)接近于硅器件和襯底或襯底和印刷電路板的。
多層的互連襯底用于半導(dǎo)體器件的封裝或安裝。該襯底包括用作夾在介電層之間的電導(dǎo)體的構(gòu)圖金屬層，該介電層用作電絕緣體。該襯底設(shè)計成帶有用于連接半導(dǎo)體器件、以及連接器導(dǎo)線、電容器、電阻器和覆蓋層等的端子焊盤。在埋入的導(dǎo)體層之間的互連可通過填充金屬的通路來實現(xiàn)。該襯底可由各種陶瓷和聚合物材料制成。
多層互連封裝襯底的問題是接觸材料之間的熱失配，在此封裝襯底中帶有高密度半導(dǎo)體器件的陶瓷襯底連接到具有引線或焊點的印刷電路板(PCB)上，該熱失配是因為在陶瓷芯片載體或襯底與PCB材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)之間存在顯著差異而引起的，此問題影響第二級接合的可靠性。而且，此種陶瓷襯底的制造成本一般都比較高。
印刷電路板材料一般包括填充玻璃的環(huán)氧樹脂，通常為FR-4防火環(huán)氧樹脂-玻璃層板或半固化片；聚酰亞胺玻璃；BT/環(huán)氧樹脂(雙-順丁烯二酰亞胺-三嗪樹脂)；以及浸潤氰酸鹽酯化樹脂的玻璃布。其它具有更高玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和更低CTE的PCB基板材料可基于環(huán)氧樹脂的常規(guī)電路板材料提高其熱和導(dǎo)電性質(zhì)而得到，包括增強的熱塑塑料，如增加纖維的聚酯、填充玻璃微球的聚酯；聚苯醚PPO和環(huán)氧樹脂的混合物，例如GETEK層板和半固化片，以聚酯亞胺、酰胺亞胺酯或者作為基體樹脂的聚酰亞胺玻璃填充物復(fù)合材料。對于低介電常數(shù)的聚合物-填充物復(fù)合物，已廣泛調(diào)查研究了基于含氟聚合物的層疊材料及相關(guān)材料，此層疊材料一般是由諸如聚四氟乙烯(PTFE)的全氟烷撐、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物衍生而來。用纖維玻璃顆粒增強的含氟聚合物在工業(yè)上是可行的，如Rogers公司的商品名稱標(biāo)識為RO2800、RO2500的產(chǎn)品及相關(guān)復(fù)合物?；诤酆衔锏膹?fù)合材料的特征在于低介電常數(shù)，然而，這些材料的問題是較差的尺寸穩(wěn)定性、低玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)、高CTE、對需要完美接合的金屬的粘合力較差，并具有較高的熱對流，該熱對流產(chǎn)生熱，在使用激光蝕刻形成通路的工藝中引起通路變形。另外，基于碳氟聚合物的復(fù)合基體不適于光成像，而基于環(huán)氧樹脂和聚酰亞胺的絕緣材料有成像選擇。一部分這樣的材料的熱穩(wěn)定性差(即當(dāng)加熱到高于約250℃材料開始劣化)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，有許多致力于實現(xiàn)或提高包含聚合物和陶瓷材料的復(fù)合襯底的性質(zhì)。
美國專利5061548(Arthur等)，其內(nèi)容在此引作參考，描述了一種填充陶瓷的含氟聚合物復(fù)合材料，其中，陶瓷填充物用硅烷偶合劑進行預(yù)涂敷，該復(fù)合材料是可熱對流的且用作多層印刷電路板中的接合層。美國專利5287619(Smith等)，其內(nèi)容在此引作參考，描述了一種填充用硅烷涂敷的二氧化硅的含氟聚合物(PTFE)復(fù)合物及其在制造作為多層MCM襯底的高密度互連器件中的應(yīng)用，該制造采用使用多個銅-熱塑性含氟聚合物復(fù)合電介質(zhì)層的添加工藝。固體Cu通路用于MCM襯底層之間的互連或用于在模件中被封裝的半導(dǎo)體器件。美國專利5384181(Arthur等)，其內(nèi)容在此引作參考，描述了一種填充用硅烷涂敷的熔融非晶二氧化硅的含氟聚合物復(fù)合物，其中硅烷涂敷材料是苯基硅烷和氟硅烷的混合物。這些專利涉及到的含氟聚合物對金屬的粘合力較差、玻璃轉(zhuǎn)變溫度低，且CTE高(例如，Arthur等所述的為70ppm/℃)。
美國專利5358775(A.F.Horn)，其內(nèi)容在此引作參考，涉及一種高介電常數(shù)(k＞4)和相對較高CTE(＜35ppm/℃)的用于微波應(yīng)用的電氣襯底材料，該材料包含填充陶瓷顆粒的含氟聚合物，此含氟聚合物具有低介電損失、高介電常數(shù)(k′＞4)以及對于電容器的介電常數(shù)的高溫度系數(shù)(TCK′)。
美國專利5541249(Hughes等)，其內(nèi)容在此引作參考，描述了可注模的聚合物-填充物復(fù)合物，在此復(fù)合物的有機基體樹脂中包含用有機硅酮聚合物處理的無機填充物或金屬填充物，所述樹脂包括聚烯烴類、聚酰亞胺、聚碳酸酯以及聚醛樹脂。所用的各種無機填充物包括氮化硅、碳化物、礬土、氮化鋁、二氧化鈦、氧化鋯以及它們的混合物，所述金屬包括鐵、不銹鋼、鉻合金、鎳合金和青銅。此專利僅討論這些材料，并未涉及這些材料的應(yīng)用及其物理性質(zhì)如CTE和介電常數(shù)。
美國專利5571609(M.E.St.Lawrence等)，其內(nèi)容在此引作參考，描述了一種襯底材料，該材料包括含有丁二烯和異戊二烯的聚丁二烯和聚異戊二烯的熱凝基體、玻璃布、陶瓷填充物、阻燃物以及過氧化物固化起始物。所述的復(fù)合材料具有在z方向更低的CTE以及提高的電氣性能。然而，此種材料是不令人滿意的，因為其抗拉強度差、Tg低、熱穩(wěn)定性低、固化時間長、熱膨脹高、上限使用溫度低、抗溶劑性差以及易感光氧化。
美國專利4810563(DeGree等)，其內(nèi)容在此引作參考，描述了一種包括頂部和底部金屬層以及填充陶瓷的聚酰胺-聚酰亞胺基體樹脂絕緣層的多層襯底工件。聚酰胺-聚酰亞胺層用環(huán)氧樹脂接合層粘附起來。所述工件具有因聚(酰胺-酰亞胺)基體引起的對顯著吸濕性的限制，以及環(huán)氧樹脂粘附層在低熱穩(wěn)定性、低Tg方面的性能限制，同時復(fù)合物的介電常數(shù)相對較高，導(dǎo)致整個封裝的較差性質(zhì)。
在塑料封裝結(jié)構(gòu)中，集成電路(IC)器件連接到用可固化的復(fù)合物制成的有機襯底，該復(fù)合物包含諸如無機填充物增強的聚環(huán)氧化物、氰酸酯/環(huán)氧樹脂混合物的熱凝粘合劑。具有低介電常數(shù)的熱塑復(fù)合介電材料，如填充顆粒的含氟聚合物復(fù)合層板，已由Roger公司生產(chǎn)用于互連結(jié)構(gòu)。其它已被描述用于有機襯底結(jié)構(gòu)的低介電常數(shù)層疊材料通過往含氟聚合物層板中注入熱凝樹脂而制造，該熱凝樹脂一般為氰酸鹽酯化樹脂。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種制造經(jīng)濟的有機-無機復(fù)合電子襯底。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有低介電常數(shù)、低阻抗、低CTE、低重折率(birefringence)、高封裝-卡片可靠性以及應(yīng)力組件較低的互連應(yīng)力。
本發(fā)明的又一目的是提供一種具有高Tg和良好熱穩(wěn)定性的復(fù)合電子襯底。
本發(fā)明的再一目的是提供一種具有低吸濕性的復(fù)合電子襯底。
在參照以下的對本發(fā)明的描述之后，本發(fā)明這些以及其它的目的會變得更顯而易見。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供一種復(fù)合電子和/或光學(xué)襯底，該襯底包括多個相鄰的層，每個相鄰層包含聚合物和陶瓷材料的混合物，其中，所述襯底具有在100℃下為8-14ppm/℃的熱膨脹系數(shù)和小于4的介電常數(shù)，從而實現(xiàn)了本發(fā)明的目的。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種包括多個層的復(fù)合電子和/或光學(xué)襯底，每個層包含填充聚合物的陶瓷材料，其中，所述襯底具有在100℃下為8-14ppm/℃的熱膨脹系數(shù)和小于4的介電常數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種包括多個相鄰層的復(fù)合電子或光學(xué)襯底，每個相鄰層包含填充陶瓷的聚合物材料，其中，聚合物材料占30-90wt％而陶瓷材料占10-70wt％，所述襯底具有在100℃下為8-14ppm/℃的熱膨脹系數(shù)和小于4的介電常數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種制作復(fù)合電子和/或光學(xué)襯底的方法，該方法包括以下步驟形成聚合物和陶瓷材料的彌散物；形成多個含有所述彌散物的復(fù)合坯板；在每個坯板中形成通路孔；在每個坯板的通路孔中填充金屬導(dǎo)體；
在每個復(fù)合坯板的表面上形成金屬導(dǎo)體；以及堆積和層疊多個坯板形成相鄰復(fù)合層的復(fù)合電子襯底，該襯底具有在100℃下為8-14ppm/℃的熱膨脹系數(shù)和小于4的介電常數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種制作復(fù)合電子或光學(xué)襯底的方法，該方法包括以下步驟形成聚合物和陶瓷材料的彌散物；形成多個含有所述彌散物的坯板；在每個坯板中形成通路孔；在每個坯板的通路孔中填充金屬導(dǎo)體；在每個坯板的表面上形成金屬導(dǎo)體；堆積和層疊多個坯板形成復(fù)合電子襯底層板；加熱復(fù)合電子襯底，熱去除聚合物材料和任何含碳的殘余物；使陶瓷材料局部致密化，生成剛性骨架結(jié)構(gòu)；用聚合物材料至少局部地填充剛性骨架結(jié)構(gòu)，生成復(fù)合電子襯底，該襯底具有在100℃下為8-14ppm/℃的熱膨脹系數(shù)和小于4的介電常數(shù)。
本發(fā)明的新穎特征和元素特性在后附權(quán)利要求中具體提出。附圖僅用于示范目的，并不是按比例描繪。然而，對于本發(fā)明的組織及操作方法，可通過以下結(jié)合附圖進行的詳細(xì)描述而更好地理解。


圖1為本發(fā)明的第一實施例的橫截面視圖，示出填充陶瓷的聚合物復(fù)合襯底。
圖2為本發(fā)明的第二實施例的橫截面視圖，示出填充聚合物的陶瓷復(fù)合襯底。
圖3為本發(fā)明的第二實施例的變型的橫截面視圖，示出填充聚合物的陶瓷襯底，其中，聚合物僅位于復(fù)合襯底的表面區(qū)域和周圍，從而封裝整個結(jié)構(gòu)。
圖4為示出形成本發(fā)明第一實施例的方法的流程圖。
圖5為示出形成本發(fā)明第二實施例的方法的流程圖。
圖6為與圖1相似的橫截面視圖，但在適當(dāng)位置具有用于信號光學(xué)傳輸?shù)谋砻鎸印?br> 圖7為與圖2相似的橫截面視圖，但在適當(dāng)位置具有用于信號光學(xué)傳輸?shù)谋砻鎸印?br> 圖8為與圖3相似的橫截面視圖，但在適當(dāng)位置具有用于信號光學(xué)傳輸?shù)谋砻鎸印?br> 圖9為與圖1相似的橫截面視圖，但具有在適當(dāng)位置用于支持信號光學(xué)傳輸?shù)膶右约案采w表面層。
圖10為與圖2相似的橫截面視圖，但具有在適當(dāng)位置用于支持信號光學(xué)傳輸?shù)膶右约案采w表面層。
圖11和12為與圖3相似的橫截面視圖，但在適當(dāng)位置具有用于支持信號光學(xué)傳輸?shù)膶印?br> 本發(fā)明涉及一種包含聚合物和陶瓷材料的復(fù)合電子和/或光學(xué)襯底，其中該襯底具有低介電常數(shù)和低CTE。更具體地，對襯底的功能要求包括低CTE，優(yōu)選在100℃時該CTE在8-14ppm/℃的范圍內(nèi)，即，位于FR-4 PCB的(CTE 15-17ppm(在x、y方向)和60ppm(在z方向))和半導(dǎo)體器件的(CTE 3ppm)之間；介電常數(shù)＜4，優(yōu)選＜3.5以允許更密地配置高密度細(xì)線/通路；在熱應(yīng)力條件下良好的尺寸穩(wěn)定性；提高的第二級互連可靠性；以及即使模具大小增加也能保證封裝完整性。
相似地，對本發(fā)明所用聚合物材料的功能要求應(yīng)包括低面內(nèi)CTE；低重折率與各向同性的光學(xué)和機械性質(zhì)；3.5或更小的低介電常數(shù)；在溫度＞300℃時較高的機械強度和較高的熱穩(wěn)定性；可任選形成層板/板、半固化片或溶液鑄膜；適于注模的低熔體粘性；層-層和層-金屬的粘附可靠性；聚合物-填充物復(fù)合材料在工藝條件下的化學(xué)穩(wěn)定性；熱氧化穩(wěn)定性；以及與光成象技術(shù)的兼容性。
本發(fā)明復(fù)合襯底所用的典型聚合物材料包括熱塑聚酯，例如聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBTP)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚亞芳基醚、以及聚碳酸酯/聚對苯二甲酸丁二醇酯混合物；液晶聚合物(LCP)聚酯，如p-羥基苯酸(HBA)/p-羥基萘酸(HNA)；PBTP-LCP和PEN-LCP混合物；聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；聚(α-甲基苯乙烯)；聚乙烯醇縮丁醛；LCP和聚醚酰亞胺(PEI)的混合物，及LCP和聚醚砜的混合物；撓性平面鏈聚酰亞胺；桿狀結(jié)構(gòu)的低CTE聚酰亞胺；氟化聚酰亞胺和硅氧烷聚酰亞胺；聚酰亞胺/聚酯膜/層板，如熱傳導(dǎo)的KAPTON(DuPont商品名稱)、UPILEX(Ube Industries商品名稱)；聚酰亞胺與LC聚酯、B級玻璃增強的聚酯片的混合物；聚苯醚-環(huán)氧樹脂(PPO-環(huán)氧樹脂)混合物(如General Electric的GETEK層板)；多環(huán)-烯烴/聚降冰片烯，如AVATREL樹脂(商品名稱，B.F.Goodrich Company)；SILK聚合物(Dow Chemical，Inc.商品名稱)；雙-苯并環(huán)丁烯聚合物，如BCB-DVS、CYCLOTENE樹脂(DowChemicals商品名稱)；聚倍半硅氧烷；以及氰酸鹽酯化樹脂、氰酸鹽/環(huán)氧樹脂、BT/環(huán)氧樹脂、及BMI(雙馬來酰亞胺)樹脂。
在作為適用于本發(fā)明復(fù)合襯底的聚合物材料之一的上述聚酰亞胺材料中，更為優(yōu)選的種類是低CTE聚酰亞胺，包括BPDA-PDA；BPDA-ODA；PMDA-PDA；在酐和/或在胺段中帶有全氟異丙叉官能度的局部氟化的聚酰亞胺(如Pyralin RC2566；FPI氟化聚酰亞胺，DuPont)；局部氟化的聚酰亞胺，如分別從2，2-二[4-(4-氨基苯氧基)苯基]-六氟丙烷(BDAF)和1，2，3，4-四羧酸二酐或苯均四酸二酐(PMDA)、共-聯(lián)苯四羧酸二酐和3，3′，4，4′-苯酮四羧酸二酐衍生的PMDA-BDAF、BPDA-BDAF和BTDA-BDAF。另外還可使用的非氟化半撓性鏈聚酰亞胺的實例包括那些從PMDA-ODA衍生的材料，如Pyralin RC5878聚酰胺酸前體或DuPont的KAPTON膜；以及BPDA-ODA聚酰胺酸前體溶液或相應(yīng)的預(yù)酰亞胺化的膜，如UbeIndustries Inc.的Upilex R。在高達(dá)350-400℃的固化之后，未填充的聚酰亞胺膜的典型性質(zhì)的一般范圍包括Tg，大于260℃；介電常數(shù)，2.9-3.5；Eb％(斷裂延伸率)，50-90％；彈性模量，2.5-10GPa；CTE，在100℃下為3-50ppm/℃。本發(fā)明的局部氟化的聚酰亞胺具有優(yōu)秀的自粘附性和與其它聚合物和金屬的極佳粘附強度，因而可用于層間接合和不需要層間接合層的自接合復(fù)合層板。
用于本發(fā)明目的的低CTE聚酰亞胺是那些從優(yōu)選可選材料的直線-平面的或半撓性的前體衍生而來的材料，優(yōu)選可選材料是BPDA-PDA(共-聯(lián)苯四羧酸二酐(BPDA)-p-苯撐雙胺(PDA))聚酰亞胺溶液鑄膜，以及Ube Industries的商品名稱為UPILEX的層板，該層板是化學(xué)機械拉伸的或熱凝固的。由于其剛性桿或半撓性-平面的分子結(jié)構(gòu)，此種聚酰亞胺具有特殊性質(zhì)低面內(nèi)CTE(在100℃下為大約5ppm/℃，在300℃下為大約8ppm/℃)，低介電常數(shù)(2.9-3.1)，高彈性模量(8-11GPa)，高抗拉強度(400-450MPa)，低吸濕性(小于1％)以及高Tg(＞400℃)。
用于復(fù)合襯底的優(yōu)選陶瓷材料具有低熱膨脹系數(shù)(優(yōu)選在室溫到400℃的范圍內(nèi)小于8ppm/℃)和低介電常數(shù)(優(yōu)選小于6)。一些這樣的陶瓷材料可包括電子級SiO2、硅烷化的二氧化硅、石英、熔融的二氧化硅、Al2O3-SiO2、3Al2O3.2SiO2(富鋁紅柱石)、BeO、Al或Fe或Mg的硅酸鹽如5SiO2-2AlO3-2MgO(堇青石)、其它諸如硼硅酸鹽玻璃的玻璃、以及它們的混合物。陶瓷材料可為粉末狀、纖維、球形、微球形、中空球形、薄片形、須狀等的形式。對于聚合物-填充物復(fù)合物的各向同性性質(zhì)，具體地指在x、y和z方向的CTE，優(yōu)選使用顆粒形式的填充物。
本發(fā)明的復(fù)合襯底可通過如下制成制作多個聚合物-陶瓷復(fù)合坯板層，然后層疊它們形成復(fù)合襯底。復(fù)合襯底的構(gòu)造可平行地或連續(xù)地完成。復(fù)合襯底至少具有一個這樣的表面，該表面尤其適合承載用于轉(zhuǎn)換電子和/或光子的高密度電子金屬導(dǎo)體和/或高密度光學(xué)波導(dǎo)。以下將更加詳細(xì)地描述，復(fù)合襯底可由填充陶瓷的聚合物材料或填充聚合物的陶瓷材料制成。首先描述前一結(jié)構(gòu)。
I.填充陶瓷的聚合物材料包括填充陶瓷的有機聚合物復(fù)合材料層的復(fù)合襯底與用于層間互連的金屬通路，可為高性能半導(dǎo)體應(yīng)用提供優(yōu)良的封裝結(jié)構(gòu)，這些復(fù)合材料層用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)進行金屬化。形成聚合物-填充物復(fù)合物的方法如可模塑的或可板澆鑄的形成方法，以及層板/B級半固化片的方法在本領(lǐng)域中是眾所周知的。作為本發(fā)明的一個實施例，增加陶瓷的聚酰亞胺復(fù)合物通過如下形成在聚酰胺酸前體溶液中彌散陶瓷填充物，然后通過去除第一溶劑而轉(zhuǎn)換成模塑化合物，再酰亞胺化形成聚酰亞胺。模塑粉末可在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫l件下進行壓塑形成復(fù)合板。作為替代方案，聚酰胺酸-陶瓷填充物的彌散物或漿液可用如簾涂、滾涂等的常規(guī)涂敷工藝在載體板上澆鑄，隨后去除溶劑并(可選地)局部或完全地固化和從載體移出獲得復(fù)合半固化片。陶瓷填充物的含量優(yōu)選在占填充陶瓷的有機聚合物復(fù)合材料的10-70wt％的范圍內(nèi)。
此種復(fù)合多層襯底的好處在于其熱膨脹系數(shù)位于半導(dǎo)體器件的(在100℃下為大約3ppm/℃)和常規(guī)印刷電路板的(在100℃下為大約17-18ppm/℃)之間。復(fù)合襯底包括多個填充陶瓷的聚合物材料介電層與用導(dǎo)電漿料填充的通路孔，或者(替代地)用固體金屬填充通路以提供層間互連。
復(fù)合襯底可由平行處理的層或連續(xù)處理的層或綜合兩者而制作。例如，復(fù)合襯底可用諸如電源芯板的層疊三重板平行地構(gòu)造，該芯板在其任一側(cè)上具有信號層且在芯板之間有單個電源層。然后往復(fù)合襯底上添加至少一個適當(dāng)?shù)捻攲?。作為替代方案，芯板結(jié)構(gòu)可通過順序添加介電層和金屬導(dǎo)體而形成。然后，往芯板上添加至少一個適當(dāng)?shù)捻攲印?br> 用于層間互連的導(dǎo)電漿料的金屬填充物為例如Cu、Ni、Pd或Ag粉末，以及低熔點的二元或三元合金如共晶體Bi/Sn、In/Sn、Pb/Sn/Ag、在Cu或Ni上的In/Sn、在Cu上的Pb/Sn、在Cu上的Bi/Sn/Pb、鍍Sn的Cu、涂敷Bi的Cu。導(dǎo)電漿料可構(gòu)成占總漿料固體60-90wt％的金屬填充物，此漿料包括有機粘合劑、導(dǎo)電顆粒、添加劑，還可包括諸如玻璃粉末的無機成分。表面特征包括高導(dǎo)電率的金屬(如Cu)，該金屬可具有Ni層，隨后，添加鍍Cu的薄層或者對于半導(dǎo)體器件和PCB的錫焊連接可進行表面拋光。
現(xiàn)在詳細(xì)參照附圖，具體參照圖4，描述如何形成填充陶瓷的聚合物復(fù)合襯底，在含有適當(dāng)添加劑的溶劑載體中，陶瓷填充物和聚合物基體一起混合形成彌散物52，添加劑例如為增塑劑、表面活化劑/彌散劑、抗氧化劑和著色劑。前述成分在高剪切混合工藝中使用行星式混合器或球磨機或輥式破碎機進行混合，形成用于澆鑄的均勻漿液。對于填充物的可濕性和彌散物的穩(wěn)定性，一般希望在用聚合物粘合劑系統(tǒng)進行混合之前，用諸如有機硅烷或有機鈦酸酯的偶合劑對填充物粉末進行表面改良。作為替代方案，填充物表面改良劑在陶瓷填充物中混合之前，先與聚合物-溶劑載體和其它帶有粘合劑系統(tǒng)的添加劑一起混合。
用于對填充物顆粒進行表面改良以使與基體樹脂的相互作用得到改善的典型方法包括在甲醇或乙醇中用0.1-1.0wt％的γ-氨基丙基三乙氧硅烷或A-1100(Union Carbide)的溶液混合陶瓷粉末；在真空中除去此液體之后在室溫下進行輾磨幾小時；通過把此被處理的固體加熱到約100℃而烘干。其它用于對陶瓷粉末進行表面改良的硅烷偶合劑包括乙烯基二甲基乙氧硅烷、乙烯基三烷氧基硅烷、六甲基二硅氮烷(HMDS)、二乙烯基四甲基二硅氧烷(DVS)以及有脂族胺如n-丙基胺存在的相關(guān)材料。如果需要可把粘附促進劑添加到漿料成分中。優(yōu)選地，被選擇的聚合物基體是那些包含附屬物官能度的材料，例如對陶瓷顆粒表面具有親合力的烷氧基硅烷或乙烯基烷氧基硅烷，從而提供原位置表面改良。相似地，在填充物與粘合劑系統(tǒng)混合之前，有機鈦酸酯偶合劑可用于對填充物進行表面改良，或者在粘合劑系統(tǒng)與陶瓷填充物混合之前，有機鈦酸酯偶合劑可添加到粘合劑系統(tǒng)中。一般用于二氧化硅填充物改良的典型鈦酸酯包括異丙基三(二辛基焦磷酸基)鈦酸酯、異丙基三(乙氨基-乙氨基)鈦酸酯以及相關(guān)材料。
由此形成的復(fù)合漿液可用普遍應(yīng)用的板澆鑄工藝，在一般為PET、聚乙烯的載體上，或在聚丙烯背襯材料或半固化片上澆鑄成板(稱為坯板)(圖4中的54)。作為替代方案，復(fù)合聚合物半固化片/板可采用本領(lǐng)域中眾所周知的熔化-擠壓或注模技術(shù)形成。在后一工藝中，無溶劑的熱塑聚合物和無機填充物的混合物作為在易于達(dá)到的溫度下具有適于注模的熔體粘性的模塑粉末，被壓塑成層板。在漿液鑄板的情況下，一般繼續(xù)執(zhí)行烘干操作以除去鑄板中的溶劑。相似地，載有撓性鏈聚酰胺酸的溶劑或聚酰胺酯前體溶液用陶瓷材料顆粒進行填充，接著，通過在100-200℃下加熱除去溶劑和酰亞胺化而轉(zhuǎn)變成模塑料，并壓塑成B級層板。
下料(沖切)操作產(chǎn)生所需尺寸的單個復(fù)合襯底層，并沖校準(zhǔn)所需的配準(zhǔn)孔。然后除去襯板，采用機械沖孔、激光鉆孔、機械鉆孔、電子束切削或化學(xué)蝕刻在每個層中形成通路(圖4中的56)，再填充導(dǎo)電金屬(圖4中的58)。
通路可用常規(guī)方法進行金屬漿料填充，例如通過與復(fù)合層板接觸的金屬掩膜而絲網(wǎng)印刷或橡皮滾刮涂漿料。作為替代方案，通路金屬可通過填充固體金屬而形成，該金屬是采用已知的技術(shù)如電鍍或除去蝕刻或者對導(dǎo)電金屬球進行機械定位而淀積的。在通路用導(dǎo)電漿料填充時，對金屬化的坯板進行烘干。然后，采用常規(guī)多層陶瓷制作技術(shù)，通過絲網(wǎng)印刷或擠壓篩除由低熔點金屬填充物配制的導(dǎo)電漿料，在坯板層的表面上形成信號和連線金屬化圖案(圖4中的60)。作為替代方案，信號和連線金屬化可由固體金屬(例如通過印花釉法(decal))形成，然后轉(zhuǎn)換到層的表面上。
在100-250℃對金屬化的層進行熱循環(huán)，除去殘余的溶劑，并且局部固化(B級)或完全固化樹脂基體。
對單個層進行檢查或電氣測試，接著校準(zhǔn)并堆積所需數(shù)量的層(圖4中的62)，在堆層的頂部和底部放置不粘的聚合物薄板，在150-350℃溫度和200-2000psi壓力下使用液力同軸沖壓進行層疊而形成多層復(fù)合互連結(jié)構(gòu)。隨后，對層疊結(jié)構(gòu)執(zhí)行用于表面拋光金屬淀積的電鍍工藝，一般為Ni/Au的無電工藝。
在表面拋光之前，可增加至少一個表面層，該層尤其適于承載分別用于傳輸電子和/或光子的高密度電子金屬導(dǎo)體和/或高密度光學(xué)波導(dǎo)，此表面層如圖6中表面層80所示，表面層80具有波導(dǎo)82(如光纖)和/或84(如開口槽)。表面層80的成分為30-100wt％的聚合物材料和70-0wt％的陶瓷。
作為替代方案，如圖9所示，可形成承載波導(dǎo)82和/或槽84的填充陶瓷的聚合物層92。在此實施例中，槽84應(yīng)襯有聚合物材料層94。注意，槽84是未填充的。最后形成聚合物表面層96。
在表面層80、102和襯層94用于高密度光學(xué)波導(dǎo)和槽時，在表面層中不應(yīng)該有陶瓷填充物。所述聚合物材料應(yīng)為光學(xué)透明的和低(光學(xué))損失的材料。用于表面層的一些示范材料為氟化聚合物，如氟化的和全氟化的聚酰亞胺；諸如氟烷基甲基丙烯酸酯、全氟化甲基丙烯酸酯的丙烯酸聚合物，以及諸如PMMA和PMMA/聚苯乙烯共聚物的烷基甲基丙烯酸酯同聚物/共聚物；聚醚酮；聚酯；以及尿烷-丙烯酸聚合物。波導(dǎo)可為光纖以及用于光學(xué)傳輸或光學(xué)波導(dǎo)的開口槽。介電材料應(yīng)優(yōu)選具有不同的折射率以便折射光并使光保留在波導(dǎo)中。
如果沒有充分的層間粘附完整性，粘合劑聚合物薄層可在不同的工藝和使用條件下用于層間粘附和接合完整性。示例性地而非限制地，能用于接合基于聚酰亞胺的復(fù)合金屬化層的各種粘附劑包括聚丙烯；硅氧烷聚酰亞胺；末端接有乙二叉的聚酰亞胺，如從BTDA-APB(3，3′，4，4′-四羧酸苯酮二酐/3，3″-二氨基苯氧基苯)聚異酰亞胺低聚物衍生的IP-610或IP-615 Thermid-Isoimide系列、以及相關(guān)的由6FDA-APB衍生的聚合物(National Starch)；雙苯并環(huán)丁烯；二乙烯基硅氧烷-雙苯并環(huán)丁烯聚合物，如DVS-二-BCB聚合物(CYCLOTENE樹脂，Dow Chemical商品名稱)、6FDA-ODA和BTDA-ODA聚酰胺酸(DuPont)；聚酯；聚烷基丙烯酸酯；或低分子量的芳香烴共聚酯或均聚酯。置于復(fù)合層之間的聚合物粘附層導(dǎo)致在層疊步驟中的溫度和壓力條件下的層-層接合。在完全固化復(fù)合板的情況中，在用噴涂、滾涂或其它普遍應(yīng)用的表面涂敷技術(shù)涂敷粘附層之前，優(yōu)選用O2等離子體曝光或化學(xué)方式如化學(xué)蝕刻激活其表面。然后烘焙粘附劑涂層以除去溶劑或其它揮發(fā)物并局部烘干/固化形成B級固化非粘性表面。后續(xù)工藝可如上述那樣進行，形成通路圖案、層組合、層板，淀積拋光冶金形成包含填充陶瓷的聚合物復(fù)合物的互連結(jié)構(gòu)。另一方面，粘附層可為完全固化的熱塑熔體可流動的聚合物膜，該膜可在通路沖孔或激光鉆孔之前，使用與工業(yè)上可行的聚丙烯粘合劑或接合TEFLON(DuPont的商品名稱)的KAPTON(DuPont的商品名稱)相似的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，通過層疊粘合層板、PYRALUX(DuPont的商品名稱)熱塑層板以及相關(guān)材料，從而接合到填充陶瓷的聚合物復(fù)合層。
被拋光的復(fù)合襯底10在圖1中示出。對多個填充陶瓷的聚合物材料層12進行堆積和層疊，使它們互相毗鄰。盡管沒在圖1中示出，如果需要的話，粘附劑材料可選地夾在上述層之間以形成層-層接合。所選擇的粘附劑材料應(yīng)該不降低但優(yōu)選補充復(fù)合襯底的上述性質(zhì)(CTE、介電常數(shù)、Tg、熱穩(wěn)定性等)。復(fù)合襯底10還優(yōu)選包括通路14和連線16。
復(fù)合襯底現(xiàn)在就準(zhǔn)備好用于半導(dǎo)體器件與PCB的接合和互連。半導(dǎo)體接合可使用具有或不具有底層填料的常規(guī)表面陣列互連?？墒褂萌缜驙罡駯抨嚵?BGA)、平面格柵陣列(LGA)或可插件互連的常規(guī)表面安裝技術(shù)制作到PCB的連接。所述結(jié)構(gòu)和工藝的好處在于低成本；尺寸控制；低介電常數(shù)；低阻抗；高頻特征尺寸的均勻性；更薄的介電層；處理小特征尺寸的能力；調(diào)整諸如CTE、介電常數(shù)、韌性、熱和熱氧化穩(wěn)定性的產(chǎn)品屬性的能力；所需的電氣和機械性質(zhì)。
II.填充聚合物的陶瓷襯底根據(jù)本發(fā)明的第二實施例包括金屬導(dǎo)體和局部致密化的陶瓷基體，該陶瓷基體已用具有低介電常數(shù)、低CTE和低吸濕性的有機的或有機金屬的聚合物絕緣體進行表面密封或整體填充。此結(jié)構(gòu)可用多層-陶瓷(MLC)類工藝制作，該工藝包括在溶劑載體中制備包含陶瓷填充物和聚合物粘合劑系統(tǒng)的坯板漿液；在載體上澆鑄板，揮發(fā)溶劑形成坯板。在烘干除去溶劑和下料操作之后，對單個層構(gòu)圖，用機械沖孔、激光鉆孔、機械鉆孔、電子束切削或化學(xué)蝕刻確定通路。通路沖孔之后的步驟包括分別地使用網(wǎng)上(screen-on)金屬漿料；烘干；檢查單個被遮蔽的板；堆積和校準(zhǔn)；層疊；接合劑熔化；金屬致密化；以及陶瓷的局部燒結(jié)，通過加熱至高溫產(chǎn)生燒制素瓷的“頸縮”剛性骨架網(wǎng)絡(luò)或多孔陶瓷主體而進行。此結(jié)構(gòu)然后用有機的或有機金屬的聚合物溶液或無溶劑的可聚合的活性單聚物/低聚物成分進行處理，從而形成表面皮膚狀的密封或填充主體基體多孔結(jié)構(gòu)。后續(xù)除去溶劑的熱處理以及固化或聚合作用形成聚合物封裝結(jié)構(gòu)。隨后的工藝包括淀積接線塊冶金、電氣測試、半導(dǎo)體器件接合、模件電氣測試和PCB連接。
聚合物填充物相對于金屬化的陶瓷復(fù)合主體的比例取決于陶瓷中的孔隙率、整體多孔結(jié)構(gòu)的或僅僅是表面區(qū)域的和封裝的填充、以及金屬圖案的密度。
用于形成填充聚合物的陶瓷結(jié)構(gòu)的坯板漿液的優(yōu)選聚合物，是那些在粘合劑熔化加熱循環(huán)中常規(guī)加熱到300-400℃時基本上完全解聚成可揮發(fā)的單元物質(zhì)或熱解成可揮發(fā)的單元/齊分子物質(zhì)的聚合物。適用于此目的的各種聚合物包括聚烷基丙烯酸酯，優(yōu)選包括PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PMMA-聚-n-丁基丙烯酸酯共聚物、聚(t-丁基丙烯酸酯)、PαMS(聚(c-甲基苯乙烯))、聚乙烯醇縮丁醛、聚環(huán)氧丙烷、PIB(聚異丁烯)、PMMA-PIB混合物，它們易于在低于400℃的溫度下解聚。
用于通路填充的導(dǎo)電金屬漿料可在聚合物粘合劑系統(tǒng)中包含諸如Au、Au-Cu、Au-Sn、Cu-Sn金屬間化合物、鍍Ag的Cu、或鍍Au的Ni的金屬粉末，以及可選地包含諸如玻璃熔體的無機顆粒，該粘合劑系統(tǒng)通過在低于350-450℃的溫度下加熱可容易地除去。此混合物在輥式破碎機中碾磨形成均勻漿料。
為了在表面層上形成聚合物密封或封裝，或為了填充襯底主體中的多孔區(qū)域，此結(jié)構(gòu)通過使無溶劑溶液或溶劑中載有聚合物或預(yù)聚物的溶液，優(yōu)選無溶劑活性低聚物復(fù)合物在陶瓷網(wǎng)絡(luò)的多孔區(qū)域之間流動而進行處理。為了示范目的，BCB樹脂溶液或二乙烯基硅氧烷-雙苯并環(huán)丁烯(DVS-BCB)預(yù)聚物溶液(Dow Chemical Co.的CYCLOTENE樹脂)在多次涂敷中都在襯底上彌散，在中間涂敷時在100-150℃下加熱，在每次涂敷之后緩慢地除去溶劑或低分子量物質(zhì)，并且，在程控烘箱或爐中加熱到350℃進行最后固化，形成熱穩(wěn)定的、抗溶劑的和封裝陶瓷主體多孔結(jié)構(gòu)的聚合物基體。BCB聚合物用作溶劑中局部聚合(B級)的樹脂。被固化的交聯(lián)聚合物有幾個好處，具體為較低的介電常數(shù)(在1kHz-1MHz時為2.65)和介電損失正切值(在1kHz＜0.0008)；當(dāng)完全交聯(lián)時的抗溶劑性；高熱穩(wěn)定性以及低吸濕性。其它低粘性材料也可用于回填陶瓷多孔結(jié)構(gòu)，例如，SILK聚合物、聚亞芳基醚、低分子量的可交聯(lián)的聚硅氧烷、諸如可在高顆粒濃度溶液中獲得的聚甲基倍半硅氧烷[poly(methylsilsesquioxane)]，可相似地彌散到BCB溶液中，然后在高達(dá)400℃的溫度下進行烘焙，在陶瓷骨架網(wǎng)絡(luò)中形成交聯(lián)的絕緣基體。
其它可用于后燒結(jié)表面密封或可用于整體注入到頸縮陶瓷主體中的熱凝聚合物系統(tǒng)實例包括諸如Thermid-Isoimide系列材料的末端接有乙二叉的聚酰亞胺，如IP-610或615低聚物；低CTE聚酰亞胺，如BPDA-PDA、BPDA-ODA；雙馬來酰亞胺-三嗪樹脂(BT樹脂)，氰酸酯-環(huán)氧樹脂混合物，諸如PMDA-ODA酰胺-乙酯、BPDA-PDA酰胺-乙酯的聚酰胺乙酯；以及相關(guān)的材料。
“頸縮”陶瓷結(jié)構(gòu)還可通過涂敷高粘性聚合物和高溫固化而表面密封。同樣是為了示范目的，襯底用后述材料在含約20wt％顆粒的NMP中通過噴射、浸漬或其它液體涂敷方法進行處理，接著用帶有N2清洗的程控烘箱或爐進行烘焙/固化，所用材料包括諸如BTDA-ODA、BPDA-ODA的聚酰亞胺復(fù)合物；諸如六氟異亞丙基苯二甲酸氫酐(6FDA)-含氧雙苯胺(ODA)(6FDA-ODA)(RC2566，DuPont的商品名稱)的局部氟化的聚酰胺酸或聚酰胺酯。典型的溫度曲線包括在大約70-80℃下開始，接著是斜率為2-4℃/min的程控曲線，上升到150℃、210-240℃、300℃，在每個溫度下保持大約20min，最后在350-375℃固化45-60分鐘并在除去成分之前緩慢冷卻到至少70-80℃。聚酰亞胺溶液還可用于多次涂敷中，以便除了滲入到表面層中之外還增加對主體的滲入。在此情況中，優(yōu)選在每次涂敷之后，聚合物在大約150℃下進行中間烘焙，并且在另一涂層被涂敷之前冷卻到室溫。在最終涂敷之后，在高達(dá)350-375℃溫度下進行完全固化。
現(xiàn)在參照圖2，示出本發(fā)明的第二實施例。復(fù)合襯底20包括多個具有孔28的陶瓷層22，孔28被聚合物材料30填充。多孔結(jié)構(gòu)28連續(xù)分布在復(fù)合襯底20中，以便聚合物材料30能滲透所有的孔28。復(fù)合襯底20還優(yōu)選包括通路24和連線26。
本發(fā)明第二實施例的變型如圖3所示。在此，復(fù)合襯底20′包括具有多孔結(jié)構(gòu)28的陶瓷層22。然而在復(fù)合襯底20′的情況中，聚合物材料32密封復(fù)合襯底20′的外側(cè)并只局部地滲透進孔28，由此留下大部分孔28沒有聚合物材料32。聚合物材料32被從區(qū)域34除去或被阻止淀積進區(qū)域34，從而可制作與半導(dǎo)體器件(未示出)或PCB(未示出)的電連接。
現(xiàn)在參照圖5，討論制作本發(fā)明第二實施例的方法。陶瓷材料在含有適當(dāng)添加劑的溶劑載體中與聚合物粘合劑材料混合，形成彌散物63，亦稱作坯板漿液，添加劑例如為增塑劑、表面活化劑/彌散劑、抗氧化劑和著色劑。前述成分在高剪切混合工藝中使用行星式混合器或球磨機或輥式破碎機進行混合，形成用于澆鑄的均勻漿液。對于填充物和聚合物粘合劑系統(tǒng)的可溫性和彌散物的穩(wěn)定性，一般希望在用聚合物進行混合之前，用諸如有機硅烷或有機鈦酸酯的偶合劑對陶瓷材料進行表面改良。作為替代方案，顆粒表面改良劑可與有機粘合劑系統(tǒng)混合，然后再混合陶瓷材料形成復(fù)合漿液。如先前所述，選擇可解聚的聚合物粘合劑。
由此形成的復(fù)合漿液可用板澆鑄工藝，在一般為PET、聚乙烯或聚丙烯的載體上，澆鑄成板(稱為坯板)(圖5中的64)。在進行烘干操作除去鑄板中的溶劑之后，下料操作產(chǎn)生所需尺寸的單個復(fù)合襯底層，并沖校準(zhǔn)所需的配準(zhǔn)孔。
然后，除去襯板材料，用機械沖孔、激光鉆孔、或化學(xué)蝕刻在每個層中形成通路(圖5中的66)，接著填充導(dǎo)電金屬(圖5中的68)。通路可用常規(guī)的金屬漿料填充。作為替代方案，通路冶金可通過填充固體金屬而形成，該金屬是采用已知的技術(shù)如電鍍或除去蝕刻或者對導(dǎo)電金屬元素進行機械定位而淀積的，例如金屬冶金在適當(dāng)位置上通過在金屬球中壓制而被模制或被插入。在通路用導(dǎo)電漿料填充時，對坯板進行烘干而除去揮發(fā)物。然后，采用常規(guī)多層陶瓷制作技術(shù)，通過絲網(wǎng)印刷或擠壓篩除由金屬填充物配制的導(dǎo)電漿料，信號和連線金屬化圖案在坯板層的表面上形成(圖5中的70)。作為替代地，信號和連線金屬化可由固體金屬(例如通過印花釉法)形成，然后轉(zhuǎn)換到層的表面上。
對單個層進行檢查，接著校準(zhǔn)并堆積所需數(shù)量的層(圖5中的72)，在堆層的頂部和底部放置不粘的聚合物薄板，在150-350℃溫度和200-2000psi壓力下使用液力同軸沖壓進行層疊而形成多層復(fù)合互連結(jié)構(gòu)。
隨后，把陶瓷主體加熱到足以對聚合物粘合劑解聚和除去含碳?xì)堄辔锏臏囟?圖5中的74)，此工藝是一般已知的且實踐上用作粘合劑熔化。燒結(jié)溫度然后升高到足以對陶瓷局部致密化的溫度(76)。陶瓷的局部致密化或“素瓷”燒制產(chǎn)生在陶瓷領(lǐng)域中眾所周知的多孔或骨架陶瓷主體。在多孔陶瓷主體冷卻到室溫并從爐內(nèi)移出之后，先前指出的聚合物材料局部地或完全地滲透進多孔陶瓷主體中(圖5中的78)。接著，對層疊結(jié)構(gòu)執(zhí)行用于表面拋光金屬淀積的電鍍工藝，一般為Ni/Au的無電工藝。
在表面拋光之前，可增加至少一個表面層，該層尤其適于承載分別用于傳輸電子和/或光子的高密度電子金屬導(dǎo)體和/或高密度光學(xué)波導(dǎo)，此表面層如圖7和8中表面層86所示，表面層86具有波導(dǎo)88(如光纖)和/或90(如開口槽)。圖7一般對應(yīng)于圖2，但圖7中有表面層86。相似地，圖8一般對應(yīng)于圖3，但圖8中有表面層86。表面層86的成分為30-100wt％的聚合物材料和70-0wt％的陶瓷。
作為替代方案，如圖10和11所示，可形成承載波導(dǎo)88和/或槽90的填充陶瓷的聚合物層98。在此實施例中，槽90應(yīng)襯有聚合物材料層100。注意，槽90是未填充的。最后，形成聚合物表面層102。
如圖12所示，還有另一個實施例，可以省去如圖11中所示的密封層32。那么層104可為填充陶瓷的聚合物材料或未被填充的陶瓷材料，與襯底其余部分相似。由聚合物表面層102提供對襯底的密封。
在表面層86、102和襯層100用于高密度光學(xué)波導(dǎo)時，在表面層中不應(yīng)該有陶瓷填充物。所述聚合物材料應(yīng)為光學(xué)透明的和低(光學(xué))損失的材料。用于表面層的一些示范材料為氟化聚合物，如氟化的和全氟化的聚酰亞胺；諸如氟烷基甲基丙烯酸酯、全氟化甲基丙烯酸酯的丙烯酸聚合物，以及諸如PMMA和PMMA/聚苯乙烯共聚物的烷基甲基丙烯酸酯同聚物/共聚物；聚醚酮；聚酯；以及尿烷-丙烯酸聚合物。波導(dǎo)可為用于光學(xué)傳輸或光學(xué)波導(dǎo)的光纖及開口槽。介電材料應(yīng)優(yōu)選具有不同的折射率以便折射光并使光保留在波導(dǎo)中。
本領(lǐng)域技術(shù)人員易于理解，對于本文所述的具體的本發(fā)明實施例，只要不脫離本發(fā)明的精神，可對本發(fā)明實施例進行改變。因此，此種改變也應(yīng)認(rèn)為包括在本發(fā)明后附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合襯底，包括多個相鄰層，每個相鄰層包含聚合物和陶瓷材料的混合物，其中，所述襯底具有100℃下為8-14ppm/℃的熱膨脹系數(shù)和小于4的介電常數(shù)，所述復(fù)合襯底適于用作光學(xué)和/或電子襯底。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合襯底，其中，每個層包含30-90wt％的聚合物材料和10-70wt％的陶瓷材料。
3.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合襯底，其中，每個層包含40-60wt％的聚合物材料和40-60wt％的陶瓷材料。
4.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合襯底，其中進一步包括含有100wt％聚合物材料的表面層，并且該表面層適于承載至少一個光學(xué)波導(dǎo)。
5.如權(quán)利要求4所述的復(fù)合襯底，其中，聚合物材料從包括氟化聚合物、丙烯酸聚合物、聚醚酮、聚酯、以及尿烷-丙烯酸聚合物的組中選擇。
6.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合襯底，其中，多個相鄰層中的一層承載至少一個光學(xué)波導(dǎo)，并進一步包括與所述多個相鄰層中的一層相鄰的表面層，該表面層包含100wt％的聚合物材料。
7.如權(quán)利要求6所述的復(fù)合襯底，其中，至少一個光學(xué)波導(dǎo)是槽，該槽進一步包括含100wt％聚合物材料的襯層。
8.如權(quán)利要求7所述的復(fù)合襯底，其中，用于襯層和表面層的聚合物材料從包括氟化聚合物、丙烯酸聚合物、聚醚酮、聚酯、以及尿烷-丙烯酸聚合物的組中選擇。
9.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合襯底，其中，所述陶瓷從包括二氧化硅、熔融的二氧化硅、石英、礬土硅酸鹽、鎂土硅酸鹽、硼硅酸鹽以及它們的混合物的組中選擇。
10.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合襯底，其中，聚合物材料從包括熱塑聚酯、LC聚酯、LCP-熱塑聚合物混合物、聚酰亞胺、氟化聚酰亞胺、桿狀結(jié)構(gòu)的低熱膨脹系數(shù)的聚酰亞胺、熱塑聚合物、多環(huán)-烯烴、聚苯并環(huán)丁烯、氰酸鹽酯化樹脂、氰酸酯/環(huán)氧樹脂混合物、雙馬來酰亞胺樹脂、聚乙烯醇縮丁醛、聚甲基丙烯酸烷基酯、聚(α-甲基苯乙烯)以及它們的混合物的組中選擇。
11.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合襯底，其中，多個層中的每層具有至少一個通路。
12.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合襯底，其中進一步包括位于每對層之間的導(dǎo)線。
13.一種復(fù)合襯底，包括多個層，每個層包含填充聚合物的陶瓷材料，其中，所述襯底具有100℃下為8-14ppm/℃的熱膨脹系數(shù)和小于4的介電常數(shù)，所述襯底適于用作光學(xué)和/或電子襯底。
14.如權(quán)利要求13所述的復(fù)合襯底，其中進一步包括含有100wt％聚合物材料的表面層，并且該表面層適于承載至少一個光學(xué)波導(dǎo)。
15.如權(quán)利要求14所述的復(fù)合襯底，其中，聚合物材料從包括氟化聚合物、丙烯酸聚合物、聚醚酮、聚酯、以及尿烷-丙烯酸聚合物的組中選擇。
16.如權(quán)利要求13所述的復(fù)合襯底，其中，多個層中的一層承載至少一個光學(xué)波導(dǎo)，并進一步包括與所述多個層中的一層相鄰的表面層，該表面層包含100wt％的聚合物材料。
17.如權(quán)利要求16所述的復(fù)合襯底，其中，至少一個光學(xué)波導(dǎo)是槽，該槽進一步包括含100wt％聚合物材料的襯層。
18.如權(quán)利要求17所述的復(fù)合襯底，其中，用于襯層和表面層的聚合物材料從包括氟化聚合物、丙烯酸聚合物、聚醚酮、聚酯、以及尿烷-丙烯酸聚合物的組中選擇。
19.如權(quán)利要求13所述的復(fù)合襯底，其中，所述陶瓷從包括二氧化硅、熔融的二氧化硅、石英、礬土硅酸鹽、鎂土硅酸鹽、硼硅酸鹽以及它們的混合物的組中選擇。
20.如權(quán)利要求13所述的復(fù)合襯底，其中，填充陶瓷材料的聚合物材料從包括聚酰亞胺、低CTE聚酰亞胺、氟化聚酰亞胺、聚亞芳基醚、SILK、多環(huán)-烯烴、聚苯并環(huán)丁烯、氰酸鹽酯化樹脂、氰酸酯/環(huán)氧樹脂混合物、雙馬來酰亞胺(BMI)樹脂以及它們的混合物的組中選擇。
21.如權(quán)利要求13所述的復(fù)合襯底，其中，多個層的每層具有至少一個通路。
22.如權(quán)利要求13所述的復(fù)合襯底，其中進一步包括位于每對層之間的導(dǎo)線。
23.一種復(fù)合襯底，包括多個相鄰層，每個相鄰層包含填充陶瓷的聚合物材料，其中，聚合物材料占30-90wt％，陶瓷材料占10-70wt％，所述襯底具有100℃下為8-14ppm/℃的熱膨脹系數(shù)和小于4的介電常數(shù)，所述襯底適于用作光學(xué)和/或電子襯底。
24.如權(quán)利要求23所述的復(fù)合襯底，其中進一步包括含有100wt％聚合物材料的表面層，并且該表面層適于承載至少一個光學(xué)波導(dǎo)。
25.如權(quán)利要求24所述的復(fù)合襯底，其中，聚合物材料從包括氟化聚合物、丙烯酸聚合物、聚醚酮、聚酯、以及尿烷-丙烯酸聚合物的組中選擇。
26.如權(quán)利要求23所述的復(fù)合襯底，其中，多個相鄰層中的一層承載至少一個光學(xué)波導(dǎo)，并進一步包括與所述多個相鄰層中的一層相鄰的表面層，該表面層包含100wt％的聚合物材料。
27.如權(quán)利要求26所述的復(fù)合襯底，其中，至少一個光學(xué)波導(dǎo)是槽，該槽進一步包括含100wt％聚合物材料的襯層。
28.如權(quán)利要求27所述的復(fù)合襯底，其中，用于襯層和表面層的聚合物材料從包括氟化聚合物、丙烯酸聚合物、聚醚酮、聚酯、以及尿烷-丙烯酸聚合物的組中選擇。
29.如權(quán)利要求23所述的復(fù)合襯底，其中，所述陶瓷從包括二氧化硅、熔融的二氧化硅、石英、礬土硅酸鹽、鎂土硅酸鹽、硼硅酸鹽以及它們的混合物的組中選擇。
30.如權(quán)利要求23所述的復(fù)合襯底，其中，聚合物材料從包括LC聚酯、聚酰亞胺、氟化聚酰亞胺、低熱膨脹系數(shù)的聚酰亞胺、聚苯并環(huán)丁烯、聚亞芳基醚、氰酸鹽酯化樹脂、氰酸酯/環(huán)氧樹脂混合物、雙馬來酰亞胺樹脂以及它們的混合物的組中選擇。
31.如權(quán)利要求23所述的復(fù)合襯底，其中，多個層的每層具有至少一個通路。
32.如權(quán)利要求23所述的復(fù)合襯底，其中進一步包括位于每對層之間的導(dǎo)線。
33.一種制作復(fù)合襯底的方法，其中，包括以下步驟形成聚合物和陶瓷材料的彌散物；形成多個含有所述彌散物的復(fù)合坯板；在每個坯板中形成通路孔；在每個坯板的通路孔中填充金屬導(dǎo)體；在每個復(fù)合坯板的表面上形成金屬導(dǎo)體；以及堆積和層疊多個坯板形成相鄰復(fù)合層的復(fù)合襯底，該襯底具有100℃下為8-14ppm/℃的熱膨脹系數(shù)和小于4的介電常數(shù)，該襯底適于用作光學(xué)和/或電子襯底。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中進一步包括使每個坯板的通路孔中的金屬導(dǎo)體致密化的步驟。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其中進一步包括使每個坯板表面上的金屬導(dǎo)體致密化的步驟。
36.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，每個坯板的通路孔中的金屬導(dǎo)體包含固體金屬元素。
37.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，每個坯板表面上的金屬導(dǎo)體包含金屬釉。
38.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述彌散物包含30-90wt％的聚合物材料和10-70wt％的陶瓷材料。
39.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述陶瓷從包括二氧化硅、熔融的二氧化硅、石英、礬土硅酸鹽、鎂土硅酸鹽、硼硅酸鹽以及它們的混合物的組中選擇。
40.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，聚合物材料從包括熱塑聚酯、LC聚酯、聚酰亞胺、氟化聚酰亞胺、低熱膨脹系數(shù)的聚酰亞胺、聚亞芳基醚、熱塑聚合物、多環(huán)-烯烴、聚苯并環(huán)丁烯、氰酸鹽酯化樹脂、氰酸酯/環(huán)氧樹脂混合物、雙馬來酰亞胺樹脂、聚甲基丙烯酸烷基酯、聚(α-甲基苯乙烯)以及它們的混合物的組中選擇。
41.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，在堆積和層疊步驟之前，進一步包括把至少兩個坯板形成子單元的步驟。
42.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，在堆積和層疊步驟之后，進一步包括形成適于用作光學(xué)波導(dǎo)的表面層并接合表面層與復(fù)合襯底的步驟。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其中，表面層包含100wt％的聚合物材料。
44.如權(quán)利要求43所述的方法，其中，聚合物材料從包括氟化聚合物、丙烯酸聚合物、聚醚酮；聚酯；以及尿烷-丙烯酸聚合物的組中選擇。
45.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，多個坯板中的一個適于承載至少一個光學(xué)波導(dǎo)，并在堆積和層疊步驟之后，進一步包括接合與所述多個坯板中的一個相鄰的表面層，該表面層包含100wt％的聚合物材料。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其中，至少一個光學(xué)波導(dǎo)是槽，該槽進一步包括含100wt％聚合物材料的襯層。
47.如權(quán)利要求46所述的方法，其中，用于襯層和表面層的聚合物材料從包括氟化聚合物、丙烯酸聚合物、聚醚酮、聚酯、以及尿烷-丙烯酸聚合物的組中選擇。
48.一種制作復(fù)合電子襯底的方法，其中，包括以下步驟形成聚合物和陶瓷材料的彌散物；形成多個含有所述彌散物的坯板；在每個坯板中形成通路孔；在每個坯板的通路孔中填充金屬導(dǎo)體；在每個坯板的表面上形成金屬導(dǎo)體；堆積和層疊多個坯板形成復(fù)合襯底層板；加熱復(fù)合襯底，熱去除聚合物材料和任何含碳的殘余物；局部使陶瓷材料致密化，生成剛性骨架結(jié)構(gòu)；用聚合物材料至少局部地填充剛性骨架結(jié)構(gòu)，形成復(fù)合襯底，該襯底具有100℃下為8-14ppm/℃的熱膨脹系數(shù)和小于4的介電常數(shù)，該襯底適于用作光學(xué)和/或電子襯底。
49.如權(quán)利要求48所述的方法，其中，在對陶瓷材料進行局部致密化的步驟中，進一步包括使每個坯板的通路孔中的金屬導(dǎo)體致密化。
50.如權(quán)利要求48所述的方法，其中，在對陶瓷材料進行局部致密化的步驟中，進一步包括使每個坯板表面上的金屬導(dǎo)體致密化。
51.如權(quán)利要求48所述的方法，其中，每個坯板的通路孔中的金屬導(dǎo)體包含固體金屬元素。
52.如權(quán)利要求48所述的方法，其中，每個坯板表面上的金屬導(dǎo)體包含金屬釉。
53.如權(quán)利要求48所述的方法，其中，所述彌散物包含30-70wt％的聚合物材料和30-70wt％的陶瓷材料。
54.如權(quán)利要求48所述的方法，其中，所述陶瓷從包括二氧化硅、熔融的二氧化硅、石英、礬土硅酸鹽、鎂土硅酸鹽、硼硅酸鹽以及它們的混合物的組中選擇。
55.如權(quán)利要求48所述的方法，其中，用于形成聚合物和陶瓷材料彌散物的聚合物材料從包括PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PMMA-聚-n-丁基丙烯酸酯共聚物、聚(t-T基丙烯酸酯)、PαMS(聚(α-甲基苯乙烯))、聚乙烯醇縮丁醛、聚環(huán)氧丙烷、PIB(聚異丁烯)、PMMA-PIB混合物的組中選擇。
56.如權(quán)利要求48所述的方法，其中，用于至少局部填充剛性骨架陶瓷結(jié)構(gòu)的聚合物材料從包括聚酰亞胺、氟化聚酰亞胺、低CTE聚酰亞胺、聚亞芳基醚、SILK、多環(huán)-烯烴、聚苯并環(huán)丁烯、氰酸鹽酯化樹脂、氰酸酯/環(huán)氧樹脂混合物、雙馬來酰亞胺(BMI)樹脂、以及它們的混合物的組中選擇。
57.如權(quán)利要求48所述的方法，其中，在至少局部填充步驟之后，進一步包括形成適于用作光學(xué)波導(dǎo)的表面層并接合表面層與復(fù)合襯底的步驟。
58.如權(quán)利要求57所述的方法，其中，表面層包含100wt％的聚合物材料。
59.如權(quán)利要求58所述的方法，其中，聚合物材料從包括氟化聚合物、丙烯酸聚合物、聚醚酮、聚酯、以及尿烷-丙烯酸聚合物的組中選擇。
60.如權(quán)利要求48所述的方法，其中，多個坯板中的一個適于承載至少一個光學(xué)波導(dǎo)，并在至少局部填充的步驟之后，進一步包括接合與所述多個坯板中的一個相鄰的表面層，該表面層包含100wt％的聚合物材料。
61.如權(quán)利要求60所述的方法，其中，至少一個光學(xué)波導(dǎo)是槽，該槽進一步包括含100wt％聚合物材料的襯層。
62.如權(quán)利要求61所述的方法，其中，用于襯層和表面層的聚合物材料從包括氟化聚合物、丙烯酸聚合物、聚醚酮、聚酯、以及尿烷-丙烯酸聚合物的組中選擇。
63.如權(quán)利要求48所述的方法，其中進一步包括形成至少一個適于承載至少一個光學(xué)波導(dǎo)的輔助層；形成包含100wt％聚合物材料的表面層；以及在至少局部填充步驟之后，把所述至少一個輔助層和表面層接合到復(fù)合襯底上。
64.如權(quán)利要求63所述的方法，其中，至少一個光學(xué)波導(dǎo)是槽，該槽進一步包括含100wt％聚合物材料的襯層。
65.如權(quán)利要求64所述的方法，其中，用于襯層和表面層的聚合物材料從包括氟化聚合物、丙烯酸聚合物、聚醚酮、聚酯、以及尿烷-丙烯酸聚合物的組中選擇。
全文摘要
一種包含聚合物和陶瓷材料的復(fù)合電子和/或光學(xué)襯底,其中,復(fù)合襯底具有小于4的介電常數(shù)和100℃下為8－14ppm/℃的熱膨脹系數(shù)。復(fù)合襯底可以是填充陶瓷的聚合物材料,也可以是填充聚合物的陶瓷材料。
文檔編號G02B6/12GK1330403SQ0112181
公開日2002年1月9日 申請日期2001年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月29日
發(fā)明者丹尼爾·G·伯杰, 沙吉·法盧克, 萊斯特·W·赫隆, 詹姆斯·N·胡門尼克, 約翰·U·尼克伯克, 羅伯特·W·帕斯克, 查爾斯·H·佩里, 克里什納·G·薩克德夫 申請人:國際商業(yè)機器公司