陶瓷基板的種類特性與工藝

1、陶瓷基板陶瓷基板的特性的特性與工藝與工藝2021-10-16深圳盛宴實業(yè)投資有限公司深圳盛宴實業(yè)投資有限公司目錄目錄2021-10-16深圳盛宴實業(yè)投資有限公司深圳盛宴實業(yè)投資有限公司一、各種陶瓷材料的定義二、陶瓷基板的種類三、陶瓷基板的特性四、陶瓷基板的應(yīng)用五、結(jié)論一一、陶瓷基板的定義、陶瓷基板的定義2021-10-16深圳盛宴實業(yè)投資有限公司深圳盛宴實業(yè)投資有限公司1.定義：陶瓷基板是以電子陶瓷為基的，對膜電路元外貼切元件形成一個支撐底座的片狀材料。2.分類：低溫共燒多層陶瓷(LTCC)陶瓷基板LED芯片系統(tǒng)電路板鋁基板MCPCB印制電路板PCB高溫共燒多層陶(HTCC)直接接合銅基板(D

2、BC)直接鍍銅基板(DPC)軟式印刷電路板FPC地位：地位：目前為止依然占據(jù)整個電子市場的統(tǒng)治地位.優(yōu)點優(yōu)點：塑膠尤其是環(huán)氧樹脂由于比較好的經(jīng)濟性缺點缺點： 不耐高溫 線膨脹系數(shù)不匹配 氣密性差 穩(wěn)定性差 機械性能差 即使在環(huán)氧樹脂中添加大量的有機溴化物也無濟于事。一一、散熱材料的、散熱材料的比較比較 塑膠塑膠和陶瓷材料和陶瓷材料地位地位：相對于塑膠材料，陶瓷材料也在電子工業(yè)扮演者重要的角色。優(yōu)點優(yōu)點： 電阻高 高頻特性突出 熱導率高 化學穩(wěn)定性佳 熱穩(wěn)定性 熔點高缺點：應(yīng)用應(yīng)用：在電子線路的設(shè)計和制造非常需要這些的性能，因此陶瓷被廣泛用于不同厚膜、薄膜或和電路的基板材料，還可以用作絕緣體，在

3、熱性能要求苛刻的電路中做導熱通路以及用來制造各種電子元件。塑膠材料塑膠材料2021-10-16深圳盛宴實業(yè)投資有限公司深圳盛宴實業(yè)投資有限公司陶瓷材料陶瓷材料地位：地位：到目前為止，氧化鋁基板是電子工業(yè)中最常用的基板材料。優(yōu)點：優(yōu)點：機械、熱、電性能上相對于大多數(shù)其他氧化物陶瓷，強度及化學穩(wěn)定性高，且原料來源豐富，適用于各種各樣的技術(shù)制造以及不同的形狀。缺點：缺點：1.1.低的導熱率?，F(xiàn)市面上用的氧化鋁導熱系數(shù)在1-3W/m.K 2.2.熱膨脹系數(shù)相對Si單晶偏高，導致Al2O3陶瓷基片并不太適合在高頻、大功率、超大規(guī)模集成電路中使用。一一、陶瓷材料的、陶瓷材料的比較比較 氧化鋁和氮化鋁氧化鋁

4、和氮化鋁地位：地位：應(yīng)用范圍小，目前主要在航天航空等特殊性要求高導熱散熱產(chǎn)品內(nèi)使用。優(yōu)點優(yōu)點： 高導熱率（理論值320W/m.K） 與Si相匹配的膨脹系數(shù)缺點缺點：1.1.即使在表面有非常薄的氧化層也會對熱導率產(chǎn)生影響，只有對材料和工藝進行嚴格控制才能制造出一致性較好的AlN基板。 2.大規(guī)模的AlN生產(chǎn)技術(shù)國內(nèi)還是不成熟，造價成本非常高。氧化鋁氧化鋁2021-10-16深圳盛宴實業(yè)投資有限公司深圳盛宴實業(yè)投資有限公司氮化鋁氮化鋁二、陶瓷基板的種類二、陶瓷基板的種類2021-10-16深圳盛宴實業(yè)投資有限公司深圳盛宴實業(yè)投資有限公司LTCC （Low-Temperature Co-fired

5、Ceramic）低溫共燒多層陶瓷基板HTCC （High-Temperature Co-fired Ceramic）高溫共燒多層陶瓷DBC （Direct Bonded Copper）直接敷銅陶瓷基板DPC （Direct Plate Copper）直接鍍銅基板二、陶瓷基板的種類二、陶瓷基板的種類LTCCLTCC2021-10-16深圳盛宴實業(yè)投資有限公司深圳盛宴實業(yè)投資有限公司LTCCLTCC 又稱為低溫共燒多層陶瓷基板，此技術(shù)須先將無機的氧化鋁粉與約30%50%的玻璃材料加上有機黏結(jié)劑，使其混合均勻成為泥狀的漿料，接著利用刮刀把漿料刮成片狀，再經(jīng)由一道干燥過程將片狀漿料形成一片片薄薄的生胚

6、，然后依各層的設(shè)計鉆導通孔，作為各層訊號的傳遞，LTCC內(nèi)部線路則運用網(wǎng)版印刷技術(shù)，分別于生胚上做填孔及印制線路，內(nèi)外電極則可分別使用銀、銅、金等金屬，最后將各層做疊層動作，放置于850900的燒結(jié)爐中燒結(jié)成型，即可完成。二、陶瓷基板的種類二、陶瓷基板的種類HTCCHTCC2021-10-16深圳盛宴實業(yè)投資有限公司深圳盛宴實業(yè)投資有限公司HTCCHTCC又稱為高溫共燒多層陶瓷，生產(chǎn)制造過程與LTCC極為相似，主要的差異點在于HTCC的陶瓷粉末并無加入玻璃材質(zhì)，因此，HTCC的必須再高溫13001600環(huán)境下干燥硬化成生胚，接著同樣鉆上導通孔，以網(wǎng)版印刷技術(shù)填孔與印制線路，因其共燒溫度較高，使

7、得金屬導體材料的選擇受限，其主要的材料為熔點較高但導電性卻較差的鎢、鉬、錳等金屬，最后再疊層燒結(jié)成型。二、陶瓷基板的種類二、陶瓷基板的種類DBCDBC2021-10-16深圳盛宴實業(yè)投資有限公司深圳盛宴實業(yè)投資有限公司直接敷銅技術(shù)直接敷銅技術(shù)是利用銅的含氧共晶液直接將銅敷接在陶瓷上，其基本原理就是敷接過程前或過程中在銅與陶瓷之間引入適量的氧元素，在10651083范圍內(nèi)，銅與氧形成Cu-O共晶液， DBC技術(shù)利用該共晶液一方面與陶瓷基板發(fā)生化學反應(yīng)生成 CuAlO2或CuAl2O4相，另一方面浸潤銅箔實現(xiàn)陶瓷基板與銅板的結(jié)合。二、陶瓷基板的種類二、陶瓷基板的種類DBCDBC2021-10-16

8、深圳盛宴實業(yè)投資有限公司深圳盛宴實業(yè)投資有限公司直接敷銅陶瓷基板由于同時具備銅的優(yōu)良導電、導熱性能和陶瓷的機械強度高、低介電損耗的優(yōu)點，所以得到廣泛的應(yīng)用。在過去的幾十年里，敷銅基板在功率電子封裝方面做出了很大的貢獻，這主要歸因于直接敷銅基板具有如下性能特點： 熱性能好； 電容性能； 高的絕緣性能； Si相匹配的熱膨脹系數(shù)； 電性能優(yōu)越，載流能力強。直接敷銅陶瓷基板最初的研究就是為了解決大電流和散熱而開發(fā)出來的，后來又應(yīng)用到AlN陶瓷的金屬化。除上述特點外還具有如下特點使其在大功率器件中得到廣泛應(yīng)用：機械應(yīng)力強，形狀穩(wěn)定；高強度、高導熱率、高絕緣性；結(jié)合力強，防腐蝕；極好的熱循環(huán)性能，循環(huán)次數(shù)

9、達5萬次，可靠性高；與PCB板（或IMS基片）一樣可刻蝕出各種圖形的結(jié)構(gòu)；無污染、無公害；使用溫度寬-55850；熱膨脹系數(shù)接近矽，簡化功率模組的生產(chǎn)工藝。二、陶瓷基板的種類二、陶瓷基板的種類DPCDPC2021-10-16深圳盛宴實業(yè)投資有限公司深圳盛宴實業(yè)投資有限公司DPCDPC亦稱為直接鍍銅基板亦稱為直接鍍銅基板， DPC基板工藝為例：首先將陶瓷基板做前處理清潔，利用薄膜專業(yè)制造技術(shù)真空鍍膜方式于陶瓷基板上濺鍍結(jié)合于銅金屬復合層，接著以黃光微影之光阻被復曝光、顯影、蝕刻、去膜工藝完成線路制作，最后再以電鍍/化學鍍沉積方式增加線路的厚度，待光阻移除后即完成金屬化線路制作。三、陶瓷基板的特性

10、三、陶瓷基板的特性2021-10-16深圳盛宴實業(yè)投資有限公司深圳盛宴實業(yè)投資有限公司陶瓷散熱基板特性比較中，主要選取散熱基板的：(1)熱傳導率、 (2)工藝溫度、(3)線路制作方法、(4)線徑寬度，四項特性作進一步的討論：三、陶瓷基板的特性三、陶瓷基板的特性熱傳導率熱傳導率2021-10-16深圳盛宴實業(yè)投資有限公司深圳盛宴實業(yè)投資有限公司熱傳導率熱傳導率又稱為熱導率，它代表了基板材料本身直接傳導熱能的一種能力，數(shù)值愈高代表其散熱能力愈好。LED散熱基板最主要的作用就是在于，如何有效的將熱能從LED芯片傳導到系統(tǒng)散熱，以降低LED 芯片的溫度，增加發(fā)光效率與延長LED壽命，因此，散熱基板熱傳

11、導效果的優(yōu)劣就成為業(yè)界在選用散熱基板時，重要的評估項目之一。檢視表一，由四種陶瓷散熱基板的比較可明看出，雖然Al2O3材料之熱傳導率約在2024之間，LTCC為降低其燒結(jié)溫度而添加了30%50%的玻璃材料，使其熱傳導率降至23W/mK左右；而HTCC因其普遍共燒溫度略低于純Al2O3基板之燒結(jié)溫度，而使其因材料密度較低使得熱傳導系數(shù)低Al2O3基板約在1617W/mK之間。一般來說，LTCC與HTCC散熱效果并不如DBC與DPC散熱基板里想。三、陶瓷基板的特性三、陶瓷基板的特性操作環(huán)境溫度操作環(huán)境溫度深圳盛宴實業(yè)投資有限公司深圳盛宴實業(yè)投資有限公司操作操作環(huán)境溫度環(huán)境溫度，主要是指產(chǎn)品在生產(chǎn)過

12、程中，使用到最高工藝溫度，而以一生產(chǎn)工藝而言，所使用的溫度愈高，相對的制造成本也愈高，且良率不易掌控。2.HTCC與LTCC在工藝后對必須疊層后再燒結(jié)成型，使得各層會有收縮比例問題，為解決此問題相關(guān)業(yè)者也在努力尋求解決方案中。1.HTCC工藝本身即因為陶瓷粉末材料成份的不同，其工藝溫度約在13001600之間，而LTCC/DBC的工藝溫度亦約在8501000之間。3.DBC對工藝溫度精準度要求十分嚴苛，必須于溫度極度穩(wěn)定的10651085溫度范圍下，才能使銅層熔煉為共晶熔體，與陶瓷基板緊密結(jié)合，若生產(chǎn)工藝的溫度不夠穩(wěn)定，勢必會造成良率偏低的現(xiàn)象。4.在工藝溫度與裕度的考量，DPC的工藝溫度僅需

13、250350左右的溫度即可完成散熱基板的制作，完全避免了高溫對于材料所造成的破壞或尺寸變異的現(xiàn)象，也排除了制造成本費用高的問題。三、陶瓷基板的特性三、陶瓷基板的特性工藝能力工藝能力2021-10-16深圳盛宴實業(yè)投資有限公司深圳盛宴實業(yè)投資有限公司工藝能力工藝能力，主要是表示各種散熱基板的金屬線路是以何種工藝技術(shù)完成，由于線路制造/成型的方法直接影響了線路精準度、表面粗糙鍍、對位精準度等特性，因此在高功率小尺寸的精細線路需求下，工藝分辨率便成了必須要考慮的重要項目之一。LTCC與HTCC均是采用厚膜印刷技術(shù)完成線路制作，厚膜印刷本身即受限于網(wǎng)版張力問題，一般而言，其線路表面較為粗糙，且容易造成

14、有對位不精準與累進公差過大等現(xiàn)象。此外，多層陶瓷疊壓燒結(jié)工藝，還有收縮比例的問題需要考量，這使得其工藝分辨率較為受限。DBC雖以微影工藝備制金屬線路，但因其工藝能力限制，金屬銅厚的下限約在150300um之間DPC則是采用的薄膜工藝制作，利用了真空鍍膜、黃光微影工藝制作線路，使基板上的線路能夠更加精確，表面平整度高，再利用電鍍/電化學鍍沉積方式增加線路的厚度，DPC金屬線路厚度可依產(chǎn)品實際需求(金屬厚度與線路解析度)而設(shè)計。因此，DPC杜絕了LTCC/HTCC的燒結(jié)收縮比例及厚膜工藝的網(wǎng)版張網(wǎng)問題。三、陶瓷基板的特性三、陶瓷基板的特性工藝能力工藝能力2021-10-16深圳盛宴實業(yè)投資有限公司

15、深圳盛宴實業(yè)投資有限公司線路制作方式：薄膜和厚膜工藝產(chǎn)品之差異線路制作方式：薄膜和厚膜工藝產(chǎn)品之差異。三、陶瓷基板的特性三、陶瓷基板的特性工藝能力工藝能力2021-10-16深圳盛宴實業(yè)投資有限公司深圳盛宴實業(yè)投資有限公司名詞理解一、顯影蝕刻。二、鐳雕名詞理解一、顯影蝕刻。二、鐳雕 一、顯影蝕刻：通過曝光制版、顯影后，將要金屬蝕刻區(qū)域的保護膜去除，在金屬蝕刻時接觸化學溶液，達到溶解腐蝕的作用，形成凹凸或者鏤空成型的效果。1、蝕刻：利用蝕刻液與銅層反應(yīng)，蝕去線路板上不需要的銅，得到所要求的線路。2、曝光：經(jīng)光源作用將原始底片上的圖像轉(zhuǎn)移到感光底板（即PCB）上。3、顯影：通過堿液作用，將未發(fā)生光

16、聚合反應(yīng)之感光材料部分沖掉。二、鐳雕：激光雕刻或者激光打標，是一種用光學原理進行表面處理的工藝。 特點：1.環(huán)保 2.無庫存四、陶瓷基板的應(yīng)用四、陶瓷基板的應(yīng)用2021-10-16深圳盛宴實業(yè)投資有限公司深圳盛宴實業(yè)投資有限公司1.LTCC散熱基板在應(yīng)用上，大多以大尺寸高功率以及小尺寸低功率產(chǎn)品為主，基本上外觀大多呈現(xiàn)凹杯狀，凹杯形狀主要是針對封裝工藝采用較簡易的點膠方式封裝成型所設(shè)計。再者，采用了厚膜制作線路，使得線路精準度不足以符合高功率小尺寸的LED產(chǎn)品。而與LTCC工藝與外觀相似的HTCC，在散熱基板這一塊，由于需要高溫燒結(jié)，成本增加，尚未被普遍的使用。2.DBC與與DPC則與LTCC/HTCC不僅有外觀上的差異，連封裝方式亦有所不同，DBC/DPC均是屬于平面式的散熱基板，這樣可依客制化備制金屬線路加工，再根據(jù)客戶需求切割成小尺寸產(chǎn)品，輔以共晶/覆晶工藝，結(jié)合已非常純熟的螢光粉涂布技術(shù)及高階封裝工藝技術(shù)鑄膜成型，可大幅的提升LED的發(fā)光效率。3.DBC產(chǎn)品因受工藝能力限制，使得線路解析度上限僅為150300um，若要特別制作細線路產(chǎn)品，必須采用研磨方式加工，以降低銅層厚度，但卻造成表面平整度不易控制與增加額外成本等問題。4.DPC利用薄膜微影工藝備制金屬線路加工