金刚石膜/氧化铝陶瓷复合材料的介电特性和热学性能研究

无机材料学报

金刚石膜/氧化铝陶瓷复合材料的介电特性和热学性能研究

王林军; 方志军; 张明龙; 沈沪江; 夏义本

上海大学材料科学与工程学院上海 201800

收稿日期:2003-11-27 修回日期:2004-02-13 出版日期:2004-07-20 网络出版日期:2004-07-20

Dielectric and Thermal Properties of Diamond Film/Alumina Composite

WANG Lin-Jim; FANG Zhi-Jun; ZHANG Ming-Long; SHEN Hu-Jiang; XIA Yi-Ben

School of Materials Science & Engineering; Shanghai University; Shanghai 201800; China

Received:2003-11-27 Revised:2004-02-13 Published:2004-07-20 Online:2004-07-20

摘要/Abstract

摘要： 研究了金刚石膜/氧化铝陶瓷复合材料作为超高速、大功率集成电路封装基板材料的可行性。采用电容法测量了复合材料的介电性质,结果表明在氧化铝上沉积金刚石膜,能有效降低基片材料的介电系数。碳离子预注入处理使介电损耗降低(从5×10^-3降低到2×10^-3),且频率稳定性更好。金刚石膜的沉积可明显提高基片的热导率,随着薄膜厚度的增加,复合材料的热导率单调递增。当薄膜厚度超过100μm时复合材料的介电系数下降到6.5、热导率上升至3.98W/cm·K,热导率接近氧化铝的20倍。

关键词: 金刚石膜, 氧化铝陶瓷, 集成电路, 封装基板

Abstract: The feasibility of diamond film coated alumina ceramics used as the packaging substrate of integrated circuits
with ultra high speed and high power was studied. The measurement results of dielectric properties of the diamond film/alumina composites show that CVD
diamond films can effectively reduce the dielectric constant of the composite. Carbon ions implantated into alumina substrates prior to the diamond deposition
can reduce the dielectric loss of the composite from 5×10^-3 to 2×10^-3, and make the composite have better frequency stability.
The thermal conductivity of the composite can obviously increase by CVD diamond film. With increasing the thickness of diamond film, the thermal
conductivity of the composite will monotonously increase. The composite has a dielectric coefficient of 6.5 and a thermal conductivity of 3.98W/cm·K
when the thickness of diamond film is up to 100μm.

Key words: diamond films, alumina, integrated circuits, packaging substrates

中图分类号:

TN304

王林军,方志军,张明龙,沈沪江,夏义本. 金刚石膜/氧化铝陶瓷复合材料的介电特性和热学性能研究[J]. 无机材料学报.

WANG Lin-Jim,FANG Zhi-Jun,ZHANG Ming-Long,SHEN Hu-Jiang,XIA Yi-Ben. Dielectric and Thermal Properties of Diamond Film/Alumina Composite[J]. Journal of Inorganic Materials.

[1]	产思义, 屠菊萍, 黄珂, 邵思武, 杨志亮, 刘鹏, 刘金龙, 陈良贤, 魏俊俊, 安康, 郑宇亭, 李成明. 2英寸MPCVD光学级均匀金刚石膜的制备研究[J]. 无机材料学报, 2023, 38(12): 1413-1419.
[2]	郝鸿渐, 李海燕, 万德田, 包亦望, 李月明. 莫来石/氧化铝预应力涂层增强氧化铝的弯曲强度和抗热震性能[J]. 无机材料学报, 2022, 37(12): 1295-1301.
[3]	袁康, 廖其龙, 王辅, 代云雅, 黄金山. 烧结助剂(Y³⁺、La³⁺和Mg²⁺)对半透明氧化铝陶瓷的透光率的影[J]. 无机材料学报, 2017, 32(9): 1004-1008.
[4]	苏静杰, 杨梓, 李义锋, 唐伟忠, 安晓明, 郭辉. 分体圆柱谐振腔法用于金刚石膜微波介电性能测试的研究[J]. 无机材料学报, 2015, 30(7): 751-756.
[5]	陈圣博, 刘旭光, 张宝泉. 多孔α-Al₂O₃基陶瓷片状载体的制备与性能[J]. 无机材料学报, 2013, 28(06): 599-604.
[6]	邱万奇, 潘建伟, 刘仲武, 余红雅, 钟喜春, 曾德长. 电镀铬-金刚石复合过渡层提高金刚石膜/基结合力[J]. 无机材料学报, 2012, 27(2): 205-208.
[7]	毛卫民,朱宏喜,陈冷,冯惠平,吕反修. CVD自支撑金刚石薄膜中的宏观织构与微观孪晶[J]. 无机材料学报, 2006, 21(1): 239-244.
[8]	姚志强,杨萍,孙鸿,王进,冷永祥,陈俊英,黄楠. 阴极真空弧源沉积氟化类金刚石薄膜的结构与性能研究[J]. 无机材料学报, 2005, 20(3): 727-734.
[9]	戚学贵,陈则韶,王冠中,廖源. C-H-O和C-H-N体系生长金刚石膜的气相化学模拟[J]. 无机材料学报, 2004, 19(2): 404-410.
[10]	李江,潘裕柏,宁金威,黄莉萍,郭景坤. 纳米晶添加氧化铝粉体的低温烧结研究[J]. 无机材料学报, 2003, 18(6): 1192-1198.
[11]	戚学贵,陈则韶,常超,王冠中,廖源. HFCVD金刚石膜过程的气氛模拟与分析[J]. 无机材料学报, 2003, 18(1): 200-206.
[12]	王志明,夏义本,杨莹,方志军,王林军,居建华,范轶敏,张伟丽. 金刚石薄膜在氧化铝陶瓷上低压成核[J]. 无机材料学报, 2002, 17(4): 765-770.
[13]	高濂,洪金生,宫本大树,DIAZDELA TORRE Sebastian. 放电等离子超快速烧结氧化铝力学性能和显微结构研究[J]. 无机材料学报, 1998, 13(6): 904-908.
[14]	匡同春,刘正义,周克崧,代明江,王德政. 用压痕试验法研究CVD金刚石膜的粘附性能[J]. 无机材料学报, 1998, 13(1): 83-90.
[15]	文黎星,夏义本,莫要武,居建华,黄晓琴,王鸿. 氧气-乙炔火焰法在Al₂O₃陶瓷上沉积金刚石薄膜[J]. 无机材料学报, 1997, 12(4): 613-616.