從制造工藝看陶瓷基板的發(fā)展趨勢

       高功率電子元器件散熱首選散熱材料是陶瓷基板，陶瓷基板具有低的熱膨脹系數(shù)、良好的導(dǎo)熱性能及絕緣性能, 已經(jīng)成為業(yè)界公認(rèn)的最具發(fā)展?jié)摿Φ纳峄宀牧? 在某些場合正逐步取代金屬基板。隨著制造技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，陶瓷基板未來的發(fā)展趨勢是什么呢？

      目前制造技術(shù)陶瓷基板的現(xiàn)狀是什么？

      目前應(yīng)用于大功率電子元器件封裝的陶瓷基板制造技術(shù)共有HTCC、LTCC、TFC、DBC、DAB、DPC六種, 其中HTCC工藝中金屬粉末主要是鎢、鉬、錳等熔點較高但導(dǎo)電性較差的金屬, 其制作成本較高, 故一般較少采用。LTCC工藝因在漿料中加入了導(dǎo)熱率低的玻璃材料, 其導(dǎo)熱率僅為2~3 W/ (m·K) , 與普通的MCPCB相比優(yōu)勢并不明顯。與此同時, HTCC與LTCC的線路圖形因采用厚膜 (TFC) 技術(shù)制作, 存在線路表面粗糙、對位不精準(zhǔn)的缺點。此外, 在燒結(jié)過程中還存在陶瓷生坯收縮不一致的問題, 這使得共燒陶瓷的工藝解析度受到了一定的限制, 推廣應(yīng)用也面臨著極大的挑戰(zhàn)。DBC和DPC將成為陶瓷基板市場的主流軍。

      DBC和DAB陶瓷基板制造技術(shù)

      DBC工藝中因液相銅對陶瓷表面的潤濕性較差, 需要在高溫條件下引入氧元素實現(xiàn)銅箔與基體陶瓷的敷接, 且在交界面上容易產(chǎn)生微氣孔, 對設(shè)備和技術(shù)要求較高, 仍然是國內(nèi)外科研工作者研究的重點。DAB工藝中鋁在高溫下容易氧化, 會影響到液態(tài)鋁液對陶瓷表面的潤濕性, 敷接需要在無氧條件下進(jìn)行, 因此對設(shè)備和技術(shù)的要求同樣較為苛刻, 目前并沒有實現(xiàn)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化。目前, 西方發(fā)達(dá)國家、日本、韓國擁有DBC與DAB的技術(shù)和市場優(yōu)勢。我國部分科研機構(gòu)也對DBC與DAB開展了一些研究工作并取得了一定的技術(shù)突破, 但與國際先進(jìn)水平相比仍有一定的差距, 產(chǎn)品主要應(yīng)用于IGBT (絕緣柵雙極二極管) 和LD (激光二極管) 等功率器件封裝。因DBC與DAB導(dǎo)電層較厚, 兩種基板應(yīng)用于LED封裝的優(yōu)勢并不明顯。

       DPC制作工藝的發(fā)展

 DPC工藝通過在陶瓷表面引入過渡層金屬解決了銅箔對陶瓷表面潤濕性不佳的難題, 在保證導(dǎo)電層與陶瓷基體之間結(jié)合力的前提下, 成功實現(xiàn)了陶瓷表面金屬化。DPC陶瓷基板不僅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能, 而且線路精準(zhǔn)度與表面平整度較高, 非常適合LED覆晶與共晶工藝的LED封裝, 并在生產(chǎn)規(guī)模方面已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化, 是目前最能滿足LED朝大功率、高光密與小尺寸方向發(fā)展需求的陶瓷封裝散熱基板。目前我國臺灣地區(qū)對DPC核心技術(shù)持壟斷地位, 全球產(chǎn)品市場占有率占80%, 是半導(dǎo)體照明行業(yè)巨頭如美國Cree、Lumileds和德國Osram等企業(yè)陶瓷散熱基板的主要供應(yīng)方。如今隨著研發(fā)力度的不斷加大, 大陸地區(qū)DPC基板技術(shù)也已經(jīng)取得了突破, 在一定程度上也能滿足大功率LED封裝對散熱的需求。

散熱是功率型電子元器件發(fā)展過程中的關(guān)鍵技術(shù)問題。鑒于大功率、小尺寸、輕型化已經(jīng)成為未來功率型電子元器件封裝的發(fā)展趨勢, 陶瓷基板除了具有優(yōu)異的導(dǎo)熱特性之外, 還具備較好的絕緣、耐熱、耐壓能力及與芯片良好的熱匹配性能, 已成為中、高端功率型電子元器件封裝散熱之首選。陶瓷基板表面金屬化工藝是實現(xiàn)陶瓷在功率型電子元器件封裝中使用的重要環(huán)節(jié), 金屬化方法決定了陶瓷基板的性能、制造成本、產(chǎn)品良率與使用范圍。

陶瓷基板的發(fā)展趨勢依賴于陶瓷基板金屬化以及制作技術(shù)的不斷創(chuàng)新和成熟，也依賴于產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域不斷發(fā)展需要，要實現(xiàn)陶瓷基板pcb的市場占有率就需要掌握現(xiàn)有成熟的制作技術(shù)，同時不斷實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新。陶瓷基板的應(yīng)用市場已經(jīng)不斷擴大，由原來的高功率電子器件，到現(xiàn)在的LED大功率模組、制冷片、傳感器、醫(yī)療設(shè)備、汽車電子，軍工，航天航空等領(lǐng)域。金瑞欣陶瓷基板已經(jīng)掌握了成熟的DPC制作工藝和DBC制作工藝，DPC制作鍍膜最薄可以做到0.15MM，板厚可以在0.15mm~8.0mm之間；DBC覆銅板結(jié)合力高達(dá)15n/mm以上。