BCB 类聚合物的应用之一

    随着电子工业的高速发展, 电子器件日益趋向于“更小、更轻、更快”化, 多片模块(M CM ) 的诞生和发展, 正顺应了这一历史潮流。近年来, 国外在高级军事电子装备和宇航电子设备中已广泛应用M CM 技术, 大幅度地缩小了军用电子系统的体积, 提高了可靠性。M CM 技术的核心是硅基板上的多层布线, 其中绝缘介质是十分关键的材料, 它在很大程度上决定了M CM 的可靠性。

      20世纪 80 年代人们曾采用聚酰亚胺作为M CM 的介质材料, 但存在吸湿性大、平面性差、固化温度高等许多缺点。BCB 类树脂的开发和应用, 满足了高性能M CM 的需要, 克服了无定型二氧化硅和聚酰亚胺等材料的缺陷, 提供了特别优异的工艺特性。

BCB 类树脂的工艺特性如下:

a) 固化特性。BCB 类树脂提供了较宽的固化工艺范围, 其固化时间可在 200 ℃、数小时到 300℃、数秒钟范围内进行选择和调整。可相对减小应力作用, 提高器件的可靠性。聚合过程无需使用催化剂, 不产生挥发性物质, 对于基板的完整性是十分重要。

b ) 粘附性。BCB 树脂的粘合性能极佳, 对M CM 的制作十分关键。BCB 树脂与众不同之处在于其不但可利用通常的表面清洗与表面处理来增加粘附性, 而且还可通过调整和控制固化过程来进一步提高粘附能力。由于BCB 类单体聚合时分子稳定, 其膜可附着于金属层上, 且轮廓十分清晰, 因而可在第一层BCB 膜固化完全之前,便涂覆第二层BCB 膜, 此时在第一层BCB 膜中残留的未反应的分子, 就与第二层BCB 膜产生化学键合, 最终形成固化的整体。 可有效地抑制M CM 的层间变形。

c) 抗吸湿性。从BCB 的分子结构可以看出,它具有憎水性。在环境温度下, 它可使水从聚合物表面上迅速扩散。BCB 的吸水率小于 0. 25% , 而聚酰亚胺的吸水率大约为 0. 5%～ 1. 7%。BCB介质膜固化时不用烘烤, 它对导体的腐蚀和迁移等问题可以忽略, 可以只需用 Cu 作导体, 而不需C rT i 和 T iW 之类的载体金属作保护, 简化了M CM 制作工艺, 提高了器件的可靠性。

d) 热稳定性。M CM 制作工艺要求其介质材料于 350 ℃在 2 h 之内保持稳定。大多数芳香族聚酰亚胺需借助于抗氧剂或保护涂层的帮助,在空气中及 400 ℃的N 2 流中才是稳定的。BCB树脂的固化过程无需加催化剂, 也不产生挥发性物质, 固化过程重量损失很小。BCB 树脂的热稳定性大大高于M CM 加工的要求。

e) 膜保持性。BCB 树脂膜在固化过程中不产生挥发物, 具有良好的膜保持性, 在M CM 加工温度下, 不仅不产生挥发物, 也不存在低温固化倾向, 收缩率低于 5%[14 ], 而聚酰亚胺膜的收缩率大约 25%。

f) 涂层的平面性。BCB 具有良好的平面度(80%～ 90% ) , 而聚酰亚胺只有 60%, 用 BCB树脂作介质材料, 可以获得理想的表面多层结构。

g) 介电性能。BCB 树脂的介电损耗在 1 kHz至 1 M Hz 范围内小于 0. 000 8, 而聚酰亚胺在 1kHz 时的损耗为 0. 002。BCB 树脂在 10 GHz时的损耗低于 0. 002, 这种特性尤其适于高频电场, 制作低电阻率、传输延迟小的电路。