MCM-C 세라믹 재료의 요구조건

 

 

MCM-C에서 사용되는 무기물질이며, 비금속재료인 세라믹은 1950년대 이후로 전자 패키징에서 중요한 역할을 해 왔습니다. 세라믹이 많이 사용되는 이유는 이 물질이 갖는 고유한 기계적, 물리적, 화학적, 전기적 성질의 독특한 조합 때문입니다. 세라믹은 개별소자, 단일집적회로, 하이브리드(개별소자나 IC 등의 조합)등에 쓰이는 칩 캐리어나 모듈 등에 쓰이며, 다음 단계의 패키징을 위한 세라믹 카드나 보드 등에도 많이 쓰이고 있습니다. 무엇보다도 세라믹이 많이 사용되는 영역은 기판(회로가 위치하며, 소자들이 붙여지게 되는 기본판)이나, 모듈의 커버 및 뚜껑, 봉지 재료 등입니다. 그 외에, 후막 도전체, 저항, 유전체 등과 박막 저항 등에도 쓰이고 있습니다. 현재 MCM-C에서 사용되는 세라믹은 주로 기판 용도이며, 특히 이제까지 기판 용도로 많은 관심을 끌었던 재료는 α-Al2O3와 BeO입니다. 그러나 소자가 더욱 고속화되고 고집적화 됨에 따라 새로운 재료에 대한 관심이 증가하고 있습니다.
칩의 I/O 수가 증가할수록 더 높은 고집적 interconnection network이 요구되며 따라서 포토리소그래피 공정이 필요합니다. 또한 절연체로서 기판은 가능한 낮은 유전 상수(K)가 필요합니다. 이것은 신호 라인에서의 시간지연(td)은 직접적으로 K1/2에 비례하기 때문에 근접하는 라인 사이의 간섭을 최소화하기 위해서는 낮은 유전상수를 가진 재료가 필요합니다. 또한 좋은 열전도도가 전원 분산이 중요한 응용에서 뿐만 아니라 회로 밀도가 높은 응용에서 중요합니다. 따라서 IC 칩이 직접적으로 기판에 결합되기 위해서는 실리콘의 열팽창계수와 거의 같은 기판을 사용하는 것이 중요합니다. 다층 세라믹(MLC) 기판의 사용이 증가함에 따라 고온에서 텅스텐이나 몰리브덴이 알루미나와 같이 열처리되는 공정이 점점 문제화 되고 있습니다. 또한 제품이 점점 고기능화 할수록 더 높은 전기 전도도를 가진 전도체가 요구되며 이런 전도체로는 Cu, Ag, Au등이 있으나 저렴하면서도 좋은 전기 전도도를 가지고 있고 세라믹과 같이 열처리할 수 있는 Cu가 가장 이상적인 재료로 여겨지고 있습니다. 따라서 기판 위에 커패시터 같은 수동소자를 삽입할 필요가 없다면 가장 이상적인 기판 재료는 다음 조건들을 만족하여야 합니다.

 

․높은 기계적 강도 : 가공과 취급이 용이
․고 열전도도 : 회로에서 발생하는 열을 신속하게 제거
․우수한 열 충격 능력
․열팽창 계수 : 부착되는 소자와 비슷해야 합니다. (Si : 3.5×10-6/℃)
․낮은 유전 상수 : 회로선들 간의 용량성 부하를 줄임으로써 용량성 커플링에 의한 노이즈를 줄입니다.
․낮은 손실율, 높은 유전체 강도, 높은 유전체 저항
․표면 결함이 없고 높은 수치 정밀도
․무 유해성
․공정 또는 사용 중 대기, 화학, 열 안정성
․Au, Ag, 또는 Cu 전도 재료와 동시소멸 가능
․저가
․낮은 전기 저항도

 

대부분의 세라믹 재료들은 절연성과 열적 안정성을 가지고 있으며, 다른 물성에 있어서도 뛰어난 경우가 많습니다. 그러나, 위의 모든 조건을 만족시키는 완벽한 소재는 없으며, 실제적으로 재료를 선택할 때에는 절충이 필요합니다. 즉 응용에 따라 요구되는 물성을 제한되는 범위 안에서 최적의 조건을 갖도록 조절하는 것이 보통입니다.

 

 

 

 

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