PCB Bolg - 陶瓷電路板基材和制造技術

陶瓷電路板的良好的導熱性、耐熱性、絕緣性、低熱膨脹係數和成本不斷降低，在電子封裝特別是功率電子器件如IGBT（絕緣栅雙極電晶體）、LD（鐳射二極體）、大功率LED（發光二極體）、CPV（聚焦型光伏）封裝中的應用越來越廣泛。

陶瓷電路板主要包括氧化鈹（BeO）、氧化鋁（Al2O3）和氮化鋁（AlN）、氮化矽（Si3N4）。 與其他陶瓷材料相比，Si3N4陶瓷電路板具有很高的電絕緣效能和化學穩定性，熱穩定性好，機械強度大，可用於製造高集成度大規模集成電路板。

高溫共燒多層陶瓷電路板（HTCC）

HTCC， 又稱高溫共燒多層陶瓷電路板。 製備過程中先將陶瓷粉（Al2O3或AlN）加入有機黏結劑，混合均勻後成為膏狀漿料，接著利用刮刀將漿料刮成片狀，再通過乾燥工藝使片狀漿料形成生坯。 然後依據各層的設計鑽導通孔，採用絲網印刷金屬漿料進行佈線和填孔，最後將各生坯層疊加，置於高溫爐（1600℃）中燒結而成。 此製備過程因為燒結溫度較高，導致金屬導體材料的選擇受限（主要為熔點較高但導電性較差的鎢、鉬、錳等金屬），製作成本高，熱導率一般在20~200W/（m·℃）。

低溫共燒陶瓷電路板（LTCC）

LTCC， 又稱低溫共燒陶瓷電路板，其製備工藝與HTCC類似，只是在Al2O3粉中混入品質分數30%~50%的低熔點玻璃料，使燒結溫度降低至850~900℃，囙此可以採用導電率較好的金、銀作為電極材料和佈線材料。 因為LTCC採用絲網印刷科技製作金屬線路，有可能因張網問題造成對位誤差。 而且多層陶瓷疊壓燒結時還存在收縮比例差异問題，影響成品率。 為了提高LTCC導熱效能，可在貼片區新增導熱孔或導電孔，但成本新增。

厚膜陶瓷電路板（TFC）

相對於LTCC和HTCC，TFC為一種後燒陶瓷電路板。 採用絲網印刷科技將金屬漿料塗覆在陶瓷電路板表面，經過乾燥、高溫燒結（700~800℃）後製備。 金屬漿料一般由金屬粉末、有機樹脂和玻璃等組分。 經高溫燒結，樹脂粘合劑被燃燒掉，剩下的幾乎都是純金屬，由於玻璃質粘合作用在陶瓷電路板表面。 燒結後的金屬層厚度為10~20μm，最小線寬為0.3mm。 由於技術成熟，工藝簡單，成本較低，TFC在對圖形精度要求不高的電子封裝中得到一定應用。

直接鍵合銅陶瓷電路板（DBC）

由陶瓷電路板與銅箔在高溫下（1065℃）共晶燒結而成，最後根據佈線要求，以刻蝕管道形成線路。 由於銅箔具有良好的導電、導熱能力，而氧化鋁能有效控制Cu-Al2O3-Cu複合體的膨脹，使DBC基板具有近似氧化鋁的熱膨脹係數。

DBC具有導熱性好、絕緣性强、可靠性高等優點，已廣泛應用於IGBT、LD和CPV封裝。 DBC缺點在於，其利用了高溫下Cu與Al2O3間的共晶反應，對設備和工藝控制要求較高，基板成本較高。 由於Al2O3與Cu層間容易產生微氣孔，降低了產品抗熱衝擊性。 由於銅箔在高溫下容易翹曲變形，囙此DBC表面銅箔厚度一般大於100m。 同時由於採用化學腐蝕工藝，DBC基板圖形的最小線寬一般大於100m。

直接鍍銅陶瓷電路板（DPC）

其製作首先將陶瓷電路板進行前處理清洗，利用真空濺射管道在基片表面沉積Ti/Cu層作為種子層，接著以光刻、顯影、刻蝕工藝完成線路製作，最後再以電鍍/化學鍍管道新增線路厚度，待光刻膠去除後完成基板製作。

DPC科技具有如下優點：低溫工藝（300℃以下），完全避免了高溫對材料或線路結構的不利影響，也降低了制造技術成本。 採用薄膜與光刻顯影科技，使基板上的金屬線路更加精細，囙此DPC基板非常適合對準精度要求較高的電子器件封裝。 但DPC基板也存在一些不足：電鍍沉積銅層厚度有，且電鍍廢液污染大。 金屬層與陶瓷間的結合强度較低，產品應用時可靠性較低。

陶瓷電路板

以上是幾種陶瓷電路板材料性能比較，從結構與制造技術而言，陶瓷電路板又可分為HTCC、LTCC、TFC、DBC、DPC等。