視頻：導(dǎo)熱絕緣的陶瓷電路基板材料都有哪些

陶瓷基板介紹

陶瓷基板又稱陶瓷電路板，由陶瓷基片和布線金屬層兩部分組成。陶瓷熱導(dǎo)率高、耐熱性好、機(jī)械強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)低，是功率半導(dǎo)體器件封裝常用的基板材料。

(一)、根據(jù)封裝結(jié)構(gòu)和應(yīng)用要求，陶瓷基板可分為平面陶瓷基板和三維陶瓷基板兩大類。

平面陶瓷基板可分為薄膜陶瓷基板(TFC)、厚膜印刷陶瓷基板(TPC)、直接鍵合銅陶瓷基板(DBC)、活性金屬焊接陶瓷基板(AMB)、直接電鍍銅陶瓷基板(DPC)和激光活化金屬陶瓷基板(LAM)等。

三維陶瓷基板主要有：高/低溫共燒陶瓷基板(HTCC/LTCC) 、 多層燒結(jié)三維陶瓷基板(MSC)、直接粘接三維陶瓷基板(DAC)、多層鍍銅三維陶瓷基板(MPC)以及直接成型三維陶瓷基板(DMC)等。

平面陶瓷基板

1.薄膜陶瓷基板(TFC)：TFC利用磁控濺射、真空蒸鍍和電化學(xué)沉積等薄膜工藝在陶瓷基板表面形成金屬層，然后通過(guò)掩膜和刻蝕等工藝形成特定的金屬圖形。常用于薄膜工藝的陶瓷基片材料主要有Al2O3、AlN 和 BeO等。

2.厚膜印刷陶瓷基板(TPC)：TPC采用絲網(wǎng)印刷工藝印刷金屬布線層，制備工藝簡(jiǎn)單，對(duì)加工設(shè)備和環(huán)境要求低，具有生產(chǎn)效率高、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。

3.直接鍵合銅陶瓷基板(DBC)：DBC陶瓷基板是在1000℃以上的高溫條件下，在含氧的氮?dú)庵屑訜?，使銅箔和陶瓷基板通過(guò)共晶鍵合的方式牢固結(jié)合在一起，廣泛應(yīng)用于絕緣雙極二極管、激光器、聚焦光伏等器件封裝散熱中。

4.活性金屬焊接陶瓷基板(AMB)：AMB陶瓷基板是通過(guò)含有少量稀土元素的焊料來(lái)實(shí)現(xiàn)陶瓷基板與銅箔的連接，其鍵合強(qiáng)度高、可靠性好。

5.直接電鍍銅陶瓷基板(DPC)：DPC陶瓷基板利用激光在陶瓷基片上打孔，采用半導(dǎo)體工藝在陶瓷基片上沉積Cu種子層，通過(guò)電鍍工藝填孔，增厚金屬層，DPC陶瓷基板主要應(yīng)用于大功率LED封裝。

6.激光活化金屬陶瓷基板(LAM)：LAM陶瓷基板通過(guò)激光束加熱活化需要金屬化的陶瓷基板表面，然后通過(guò)電鍍或化學(xué)鍍形成金屬化布線。價(jià)格極高，目前主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。

三維陶瓷基板

1.高溫共燒陶瓷基板(HTCC)：HTCC基板制備過(guò)程中先將陶瓷粉(Al2O3或AlN)加入有機(jī)黏結(jié)劑，混合均勻成為膏狀陶瓷漿料后，用刮刀將陶瓷漿料刮成片狀，再通過(guò)干燥工藝使片狀漿料形成生胚，然后根據(jù)線路層設(shè)計(jì)鉆導(dǎo)通孔，采用絲網(wǎng)印刷金屬漿料進(jìn)行布線填孔，最后將生胚層疊加，置于高溫爐中燒結(jié)。適合大功率及高溫環(huán)境下器件封裝。

2.低溫共燒陶瓷基板(LTCC)：在陶瓷漿料中加入了一定量玻璃粉來(lái)降低燒結(jié)溫度，同時(shí)使用導(dǎo)電性良好的Cu、Ag和Au等金屬漿料，LTCC基板制備溫度低，但生產(chǎn)效率高，可適應(yīng)高溫、高濕及大電流應(yīng)用要求，在軍工及航天電子器件中得到廣泛應(yīng)用。

3.多層燒結(jié)三維陶瓷基板(MSC)：首先制備厚膜印刷陶瓷基板，隨后通過(guò)多次絲網(wǎng)印刷將陶瓷漿料印刷于平面TPC基板上，形成腔體結(jié)構(gòu)，再經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。

4.直接粘接三維陶瓷基板(DAC)：首先加工金屬環(huán)和DPC陶瓷基板，然后采用有機(jī)粘膠將金屬環(huán)與DPC基板對(duì)準(zhǔn)后粘接、加熱固化。工藝簡(jiǎn)單，成本低，可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，所有制備工藝均在低溫下進(jìn)行，不會(huì)對(duì)DPC基板線路層造成損傷。但由于有機(jī)粘膠耐熱性差，固化體與金屬、陶瓷間熱膨脹系數(shù)差較大，且為非氣密性材料，目前DAC陶瓷基板主要應(yīng)用于線路精度要求較高，但對(duì)耐熱性、氣密性、可靠性等要求較低的電子器件封裝。采用無(wú)機(jī)膠替代有機(jī)膠的粘接，大大提高了DAC三維陶瓷基板的耐熱性和可靠性。

5.多層電鍍?nèi)S陶瓷基板(MPC)：MPC基板采用圖形電鍍工藝制備線路層，避免基板線路粗糙問(wèn)題，滿足高精度封裝要求。陶瓷基板與金屬圍壩一體化成型為密封腔體，結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)中間粘結(jié)層，氣密性高。

6.直接成型三維陶瓷基板(DMC)：首先制備平面DPC陶瓷基板，同時(shí)制備帶孔橡膠模具，將橡膠模具與 DPC陶瓷基板對(duì)準(zhǔn)合模后，向模具腔內(nèi)填充犧牲模材料，待犧牲模材料固化后，取下橡膠模具，犧牲模粘接于DPC陶瓷基板上，并精確復(fù)制橡膠模具孔結(jié)構(gòu)特征，作為鋁硅酸鹽漿料成型模具，隨后將鋁硅酸鹽漿料涂覆于DPC陶瓷基板上并刮平，加熱固化，最后將犧牲模材料腐蝕，得到含鋁硅酸鹽免燒陶瓷圍壩的三維陶瓷基板。

(二)、按材料來(lái)分

1、 Al2O3：氧化鋁基板是電子工業(yè)中最常用的基板材料，因?yàn)樵跈C(jī)械、熱、電性能上相對(duì)于大多數(shù)其他氧化物陶瓷，強(qiáng)度及化學(xué)穩(wěn)定性高，且原料來(lái)源豐富，適用于各種各樣的技術(shù)制造以及不同的形狀。

2、BeO：具有比金屬鋁還高的熱導(dǎo)率，應(yīng)用于需要高熱導(dǎo)的場(chǎng)合，但溫度超過(guò)300℃后迅速降低，最重要的是由于其毒性限制了自身的發(fā)展。

3 、AlN：AlN有兩個(gè)非常重要的性能值得注意：一個(gè)是高的熱導(dǎo)率，一個(gè)是與Si相匹配的膨脹系數(shù)。缺點(diǎn)是即使在表面有非常薄的氧化層也會(huì)對(duì)熱導(dǎo)率產(chǎn)生影響，只有對(duì)材料和工藝進(jìn)行嚴(yán)格控制才能制造出一致性較好的AlN基板。不過(guò)隨著經(jīng)濟(jì)的提升，技術(shù)的升級(jí)，這種瓶頸終會(huì)消失。

4.Si3N4:氮化硅陶瓷板材料具有熱穩(wěn)定性高、抗氧化性強(qiáng)、產(chǎn)品尺寸精度高等優(yōu)良性能，由于氮化硅是一種鍵合強(qiáng)度高的共價(jià)化合物，它在空氣中能形成一層氧化物保護(hù)膜，還具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在1200℃以下不會(huì)被氧化。

 

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