陶瓷基板的种类特性与工艺

缺点： 应用：在电子线路的设计和制造非常 需要这些的性能，因此陶瓷被广泛用 于不同厚膜、薄膜或和电路的基板材 料，还可以用作绝缘体，在热性能要 求苛刻的电路中做导热通路以及用来 制造各种电子元件。 深圳盛宴实业投资有限公司
2015-1-16
一、陶瓷材料的比较— 氧化铝和氮化铝 氧化铝 氮化铝
地位：到目前为止，氧化铝基板是电 子工业中最常用的基板材料。
4.在工艺温度与裕度的考量， DPC的工艺温度仅需 250~350℃左右的温度即可 完成散热基板的制作，完全 避免了高温对于材料所造成 的破坏或尺寸变异的现象， 也排除了制造成本费用高的 问题。
深圳盛宴实业投资有限公司
三、陶瓷基板的特性——工艺能力
工艺能力，主要是表示各种散热基板的金属线路是以何种工艺技术完成，由于线路制造/成型的方法直接 影响了线路精准度、表面粗糙镀、对位精准度…等特性，因此在高功率小尺寸的精细线路需求下，工艺 分辨率便成了必须要考虑的重要项目之一。
2015-1-16 深圳盛宴实业投资有限公司
三、陶瓷基板的特性
陶瓷散热基板特性比较中，主要选取散热基板的：(1)热传导率、 (2)工艺温度、(3)线路制作方法、(4) 线径宽度，四项特性作进一步的讨论：
2015-1-16 深圳盛宴实业投资有限公司
三、陶瓷基板的特性——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，数值愈高代表其散热能力愈 好。LED散热基板最主要的作用就是在于，如何有效的将热能从LED芯片传导到系统散热，以降低LED 芯 片的温度，增加发光效率与延长LED寿命，因此，散热基板热传导效果的优劣就成为业界在选用散热基 板时，重要的评估项目之一。
直接敷铜陶瓷基板最初的研究就是为了解决大电 流和散热而开发出来的，后来又应用到AlN陶瓷的 金属化。除上述特点外还具有如下特点使其在大 功率器件中得到广泛应用： 机械应力强，形状稳定；高强度、高导热率、 高绝缘性；结合力强，防腐蚀；
极好的热循环性能，循环次数达5万次，可靠 性高； 与PCB板（或IMS基片）一样可刻蚀出各种图 形的结构；无污染、无公害； 使用温度宽-55℃～850℃；热膨胀系数接近 矽，简化功率模组的生产工艺。
优点：机械、热、电性能上相对于大 多数其他氧化物陶瓷，强度及化学稳 定性高，且原料来源丰富，适用于各 种各样的技术制造以及不同的形状。 缺点：1.低的导热率。现市面上用的 氧化铝导热系数在1-3W/m.K 2.热膨胀系数相对Si单晶 偏高，导致Al2O3陶瓷基片并不太适合 在高频、大功率、超大规模集成电路 中使用。 地位：应用范围小，目前主要在航天航空 等特殊性要求高导热散热产品内使用。 优点： 高导热率（理论值320W/m.K） 与Si相匹配的膨胀系数
陶瓷基板的特性与工艺
2015-1-16 深圳盛宴实业投资有限公司
目录
一、各种陶瓷材料的定义
二、陶瓷基板的种类 三、陶瓷基板的特性 四、陶瓷基板的应用
五、结论
2015-1-16 深圳盛宴实业投资有限公司
一、陶瓷基板的定义
1.定义：陶瓷基板是以电子陶瓷为基的，对膜电路元外贴切元件形成一个支撑底座的片状材料。 2.分类： 印制电路板PCB
检视表一，由四种陶瓷散热基板的比较可明看出，虽然Al2O3材料之热传导率约在20~24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2~3W/mK左右；而HTCC因其普遍 共烧温度略低于纯Al2O3基板之烧结温度，而使其因材料密度较低使得热传导系数低Al2O3基板约在 16~17W/mK之间。一般来说，LTCC与HTCC散热效果并不如DBC与DPC散热基板里想。
优点：塑胶尤其是环氧树脂由于比较 好的经济性 缺点： 不耐高温 线膨胀系数不匹配 气密性差 稳定性差 机械性能差 即使在环氧树脂中 添加大量的有机溴化物也无济于事。 地位：相对于塑胶材料，陶瓷材料也 在电子工业扮演者重要的角色。 优点： 电阻高 高频特性突出 热导率高 化学稳定性佳 热稳定性 熔点高
2015-1-16 深圳盛宴实业投资有限公司
五、结论
LTCC：导热差、线 路精准度不足、表 面平整度不佳 HTCC：高温干燥硬 化，生产成本成本 高
DBC： 高温熔炼， 生产成本成本高； 基板与Cu板间有微 气孔问题
2015-1-16
DPC：导热高；成 本较低。（我们公 司的基板采用的就 是该工艺！）系统电路板铝 Nhomakorabea板MCPCB
软式印刷电路板FPC
直接镀铜基板(DPC)
陶瓷基板 LED芯片
低温共烧多层陶瓷(LTCC) 高温共烧多层陶(HTCC) 直接接合铜基板(DBC)
2015-1-16 深圳盛宴实业投资有限公司
一、散热材料的比较— 塑胶和陶瓷材料 陶瓷材料 塑胶材料
地位：目前为止依然占据整个电子市 场的统治地位.
2015-1-16 深圳盛宴实业投资有限公司
二、陶瓷基板的种类——HTCC
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 加入玻璃材质，因此，HTCC的必须再高温1300~1600℃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与印制线路，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。
2015-1-16 深圳盛宴实业投资有限公司
三、陶瓷基板的特性——操作环境温度
操作环境温度，主要是指产品在生产过程中，使用到最高工艺温度，而以一生产工艺而言，所使用的温 度愈高，相对的制造成本也愈高，且良率不易掌控。
1.HTCC工艺本身即因 为陶瓷粉末材料成份的 不同，其工艺温度约在 1300~1600℃之间，而 LTCC/DBC的工艺温度 亦约在850~1000℃之 间。
2.HTCC与LTCC在工 艺后对必须叠层后再 烧结成型，使得各层 会有收缩比例问题， 为解决此问题相关业 者也在努力寻求解决 方案中。
3.DBC对工艺温度精准度要 求十分严苛，必须于温度极 度稳定的1065~1085℃温度 范围下，才能使铜层熔炼为 共晶熔体，与陶瓷基板紧密 结合，若生产工艺的温度不 够稳定，势必会造成良率偏 低的现象。
LTCC与HTCC均是采用厚膜印刷技术 完成线路制作，厚膜印刷本身即受限 于网版张力问题，一般而言，其线路 表面较为粗糙，且容易造成有对位不 精准与累进公差过大等现象。此外， 多层陶瓷叠压烧结工艺，还有收缩比 例的问题需要考量，这使得其工艺分 辨率较为受限。
2015-1-16
DBC虽以微影工艺备制金属线路，但因其工艺能力限制， 金属铜厚的下限约在150~300um之间 DPC则是采用的薄膜工艺制作，利用了真空镀膜、黄光微 影工艺制作线路，使基板上的线路能够更加精确，表面平整 度高，再利用电镀/电化学镀沉积方式增加线路的厚度， DPC金属线路厚度可依产品实际需求(金属厚度与线路解析 度)而设计。因此，DPC杜绝了LTCC/HTCC的烧结收缩比例 及厚膜工艺的网版张网问题。
缺点：1.即使在表面有非常薄的氧化层也 会对热导率产生影响，只有对材料和工艺 进行严格控制才能制造出一致性较好的AlN 基板。 2.大规模的AlN生产技术国内还 是不成熟，造价成本非常高。
2015-1-16 深圳盛宴实业投资有限公司
二、陶瓷基板的种类
LTCC （Low-Temperature Co-fired Ceramic）低温共烧多层陶瓷基板 HTCC （High-Temperature Co-fired Ceramic）高温共烧多层陶瓷 DBC （Direct Bonded Copper）直接敷铜陶瓷基板 DPC （Direct Plate Copper）直接镀铜基板
二、镭雕：：激光雕刻或者激光打标，是 一种用光学原理进行表面处理的工艺。 特点：1.环保 2.无库存
2015-1-16 深圳盛宴实业投资有限公司
四、陶瓷基板的应用
1.LTCC散热基板在应用上，大多以大尺寸高功率以及小尺寸低功 率产品为主，基本上外观大多呈现凹杯状，凹杯形状主要是针对 封装工艺采用较简易的点胶方式封装成型所设计。再者，采用了 厚膜制作线路，使得线路精准度不足以符合高功率小尺寸的LED 产品。而与LTCC工艺与外观相似的HTCC，在散热基板这一块， 由于需要高温烧结，成本增加，尚未被普遍的使用。 2.DBC与DPC则与LTCC/HTCC不仅有外观上的差异，连封装方 式亦有所不同，DBC/DPC均是属于平面式的散热基板，这样可 依客制化备制金属线路加工，再根据客户需求切割成小尺寸产品， 辅以共晶/覆晶工艺，结合已非常纯熟的萤光粉涂布技术及高阶封 装工艺技术铸膜成型，可大幅的提升LED的发光效率。 3.DBC产品因受工艺能力限制，使得线路解析度上限仅为 150~300um，若要特别制作细线路产品，必须采用研磨方式加工， 以降低铜层厚度，但却造成表面平整度不易控制与增加额外成本 等问题。 4.DPC利用薄膜微影工艺备制金属线路加工，具备了线路高精准 度与高表面平整度的的特性，非常适用于覆晶/共晶接合方式的工 艺，能够大幅减少LED产品的导线截面积，进而提升散热的效率。
2015-1-16 深圳盛宴实业投资有限公司
二、陶瓷基板的种类——DBC
直接敷铜陶瓷基板由于同时具备铜的优良导电、 导热性能和陶瓷的机械强度高、低介电损耗的 优点，所以得到广泛的应用。在过去的几十年 里，敷铜基板在功率电子封装方面做出了很大 的贡献，这主要归因于直接敷铜基板具有如下 性能特点： 热性能好； 电容性能； 高的绝缘性能； Si相匹配的热膨胀系数；
深圳盛宴实业投资有限公司
thanks
谢谢
2015-1-16 深圳盛宴实业投资有限公司
电性能优越，载流能力强。
2015-1-16 深圳盛宴实业投资有限公司
二、陶瓷基板的种类——DPC
DPC亦称为直接镀铜基板， DPC基板工艺为例：首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结合于铜金属复合层，接着以黄光微影之光阻被复曝光、显影、蚀刻、 去膜工艺完成线路制作，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。
深圳盛宴实业投资有限公司
三、陶瓷基板的特性——工艺能力
线路制作方式：薄膜和厚膜工艺产品之差异。
2015-1-16 深圳盛宴实业投资有限公司
三、陶瓷基板的特性——工艺能力
名词理解一、显影蚀刻。二、镭雕
一、显影蚀刻：通过曝光制版、显影后， 将要金属蚀刻区域的保护膜去除，在金属 蚀刻时接触化学溶液，达到溶解腐蚀的作 用，形成凹凸或者镂空成型的效果。 1、蚀刻：利用蚀刻液与铜层反应，蚀去 线路板上不需要的铜，得到所要求的线路。 2、曝光：经光源作用将原始底片上的图 像转移到感光底板（即PCB）上。 3、显影：通过碱液作用，将未发生光聚 合反应之感光材料部分冲掉。
2015-1-16 深圳盛宴实业投资有限公司
二、陶瓷基板的种类——LTCC
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约30%~50%的玻璃材料加上有机黏 结剂，使其混合均匀成为泥状的浆料，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℃的烧结炉中烧结成型，即可完成。
2015-1-16 深圳盛宴实业投资有限公司
二、陶瓷基板的种类——DBC
直接敷铜技术是利用铜的含氧共晶液直接将铜敷接在陶瓷上，其基本原理就是敷接过程前或过程中在铜 与陶瓷之间引入适量的氧元素，在1065℃~1083℃范围内，铜与氧形成Cu-O共晶液， DBC技术利用该共 晶液一方面与陶瓷基板发生化学反应生成 CuAlO2或CuAl2O4相，另一方面浸润铜箔实现陶瓷基板与铜板 的结合。