陶瓷板工艺及技术介绍

陶瓷（AL2O3）基板简介
产品简介：
本产品是由贵金属所构成的高传导介质电路与高热传导系数绝缘材料结合而成的高热传导基板。

可又效解决PCB与铝基板低导热的问题。

达到有效将高热电子元件所产生的热导出，增加元件稳定度及延长使用寿命。

产品特性：
不需要变更原加工程序
优秀机械强度
具良好的导热性
具耐抗侵蚀
具耐抗侵蚀
良好表面特性，优异的平面度与平坦度
抗热震效果佳
低曲翘度
高温环境下稳定性佳
可加工成各种复杂形状
陶瓷（AL2O3）基板与铝基板比较表
陶瓷（AL2O3）基板铝基板
高传导介378~429W/(m·K）
陶瓷（AL2O3）24~51W/(m·K）
铜箔390~401W/(m·K）
绝缘体0.8~2.2W/(m·K）
铝板210~255W/(m·K）
直接导热绝缘层阻绝导热
陶瓷（AL2O3）基板与其他厂陶瓷（AL2O3）基板比较表
陶瓷（AL2O3）基板其他厂陶瓷（AL2O3）基板
高传导介质378~429W/(m·K）
陶瓷（AL2O3）板24~51W/(m·K）
铜箔390~401W/(m·K）
陶瓷（AL2O3）板24~51W/(m·K）
1.2XX°C-350°C电路正常
2.高温加热锡盘450°C40秒电路正常
3.制作过程不需酸洗，无酸的残留
4.电阻率为1.59x10^-8Ω.m 1.2XX°C-350°C电路剥离或被锡溶解
2.高温加热锡盘450°C40秒电路剥离
3.制作过程需酸洗，会由酸性物质残留，会造成线路氧化及剥离
应用：
LED照明用基板、高功率LED基板
PC散热、IC散热基板、LED电视散热基板
半导体及体集成电路的散热基板
可替代PCB及铝基板
应用实例：
10W LED球灯经红外线热像测温仪检测
点灯时间超过72小时
环境温度28.4°C
内壁温度60°C
点编号温度X Y 附注
1 84.57 114 58 全面积最高温
2 84.08 229 119
3 82.27 118 181
4 64.07 168 183
点编号温度X Y 附注
1 53.31 117 143 全面积最高温
2 52.78 138 155
3 45.86 166 186
4 51.89 20
5 159
陶瓷基板与铝基板比较图
陶瓷基板种类及比较：
系统电路板的种类包括：
铝基板（MCPCB)
印刷电路板（PCB）
软式印刷电路板（FPC）
陶瓷基板种类主要有：
高温熔合陶瓷基板（HTFC)
低温共烧多层陶瓷（LTCC)
高温共烧多层陶瓷（HTCC)
直接接合铜基板（DBC）
直接镀铜基板（DPC）
1-1 HTFC（Hight-Temperature Fusion Ceramic)
HTFC 称为高温熔合陶瓷基板，将高温绝缘性及高热传导的AL2O3或AIN陶瓷基板的单面或双面，运用钢板移印技术，将高传导介质材料印制成线路，放置于850~950°C的烧结炉中烧结成型，即可完成。

2-1 LTCC（Low-Temperature Co-fired Ceramic)
LTCC 又称为低温共烧多层陶瓷基板，此技术须先将无机的氧化铝粉与越
30%~50%的玻璃材料加上有机粘结剂，使其混合均匀称为为泥装的浆料，接着利用刮刀把浆料刮成片状，再经由一道干燥过程将片状浆料形成一片片薄薄的生胚，然后依各层的设计钻导通孔，作为各层讯号的传递，LTCC内部线路则运用网版印刷技术，分别于生胚上做填孔及印制线路，内外电极则可分别使用银、铜、金等金属，最后将各层做叠层动作，放置于850~900°C的烧结炉中烧结成型，即可完成。

3-1 HTCC（Hight-Temperature Co-fired Ceramic)
HTCC 又称为高温共烧多层陶瓷，生产制造过程与LTCC极为相似，主要的差异点在于HTCC的陶瓷粉末并无玻璃材质，因此，HTCC必须在高温
1200~1600°C环境下干燥硬化成生胚，接着同样钻上导通孔，以网版印刷技术填孔于印制线路，因其共烧温度较高，使得金属导体材料的选择受限，其主要的材料为熔点较高但导电性却较差的钨、钼、锰…等金属，最后再叠层烧结成型。

4-1 DBC（Direct Bonded Copper)
DBC 直接接合铜基板，将高绝缘性的AL2O3或AIN陶瓷基板的单面或双面覆上铜金属后，经由高温1065~1085°C的环境加热，使铜金属因高温氧化，扩撒与AL2O3材质产生（Eutectic）共晶熔体，是铜金属陶瓷基板粘合，形陶瓷复合金属基板，最后依据线路设计，以蚀刻方式备至线路。

5-1 DPC（Direct Plate Copper)
DPC 也称为直接镀铜基板，先将陶瓷基板做前处理清洁，利用薄膜专业制造技术—真空镀膜方式于陶瓷基板上溅镀于铜金属复合层，接着以黄光微影的光阻被覆曝光，显影，蚀刻，去膜制程完成线路制作，最后再以电镀/化学镀沉积方式增加线路的厚度，待光阻移除后即完成金属化线路制作。

陶瓷导热基板特性
在了解陶瓷散热基板的制造方法后，接下来将进一步的探讨各个散热基板的热性具有哪有差异，而各项特性又分别代表了什么样的意义，为何会影响散热基板在应用时必须作为考量的重点，以下表一陶瓷导热基板特性比较中，本文取了导热基板的：（1）热传导率、（2）制程温度、（3）线路制作方法、（4）线径宽度、（5）制作线路是否需要酸洗或蚀刻、（6）陶瓷基板是否会残留酸、（7）焊点加工温度、（8）线路工作环境温度，八项特性作进一步的讨论：
表一、陶瓷导热板特性比较
Item HTFC LTCC HTCC DBC DPC
热传导系数
（W/mK）AL2O3：20~51（W/mK）
AIN:170~220（W/mK）2~3（W/mK）16~17（W/mK）AL2O3:20~51
（W/mK）
AIN:170~220（W/mK）AL2O3:20~51（W/mK）
AIN"170~220（W/mK）
操作环境温度850~950°C 850~900°C 1300~1600°C
1065~1085°C 250~350°C
线路制作方式薄膜印刷厚膜印刷厚膜印刷微影制程微影制程线径宽度150um 150um 150um 150um 10~50um
酸洗蚀刻不需要不需要不需要需要需要
残留酸无无无有（会侵蚀线路）有（会侵蚀线路）
焊点加工450°C/40秒线路正常2XX°C~450°C/3~5秒线路剥离或被
锡溶解（不可烙铁加工）
线路工作环境温度800°C线路表面轻微碳化仍可正常运作800°C线
路完全剥离或完全碳化无法运作
热传导率
热传导率又称为热导率，它代表了基板材料本身直接传导热能的一种能力，数值
越高代表其导热能力越好。

LED导热基板最主要的作用就是在于，如何有效的将
热能从LED晶粒传导到散热系统，以降低LED晶粒的温度，增加发光效率与延长
LED寿命，因此，导热基板热传导效果的优劣就将成为业界在选用导热基板时重
要的评估项目之一。

检视表一，由把重陶瓷散热基板的比较可明显看出，虽然
AL2O3材料的热传导率约在20~51（W/mK）之间，LTCC为降低其烧结温度而添加
了30%~50%的玻璃材料，使其热传导率降至20~51（W/mK）左右；而HTCC因其普
通共烧温度略低于纯AL2O3基板的烧结温度，而使其因材料密度较低使得热传导
系数低于AL2O3基板约在16~17（W/mK）之间。

一般来说，LTCC与HTCC导热效
果并不如HTFC、DBC、DPC导热基板理想。