陶瓷基板由于其良好的導(dǎo)熱性、耐熱性、絕緣性、低熱膨脹系數(shù)和成本的不斷降低,在電子封裝特別是功率電子器件如IGBT(絕緣柵雙極晶體管)、LD(激光二極管)、大功率LED(發(fā)光二極管)、CPV(聚焦型光伏)封裝中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
陶瓷基片主要包括氧化鈹(BeO)、氧化鋁(Al2O3)和氮化鋁(AlN)、氮化硅(Si3N4)。與其他陶瓷材料相比,Si3N4陶瓷基片具有很高的電絕緣性能和化學(xué)穩(wěn)定性,熱穩(wěn)定性好,機(jī)械強(qiáng)度大,可用于制造高集成度大規(guī)模集成電路板。
從結(jié)構(gòu)與制造工藝而言,陶瓷基板又可分為HTCC、LTCC、TFC、DBC、DPC等。
高溫共燒多層陶瓷基板(HTCC)
HTCC,又稱高溫共燒多層陶瓷基板。制備過(guò)程中先將陶瓷粉(Al2O3或AlN)加入有機(jī)黏結(jié)劑,混合均勻后成為膏狀漿料,接著利用刮刀將漿料刮成片狀,再通過(guò)干燥工藝使片狀漿料形成生坯;然后依據(jù)各層的設(shè)計(jì)鉆導(dǎo)通孔,采用絲網(wǎng)印刷金屬漿料進(jìn)行布線和填孔,最后將各生坯層疊加,置于高溫爐(1600℃)中燒結(jié)而成。
低溫共燒陶瓷基板(LTCC)
LTCC,又稱低溫共燒陶瓷基板,其制備工藝與HTCC類似,只是在Al2O3粉中混入質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%~50%的低熔點(diǎn)玻璃料,使燒結(jié)溫度降低至850~900℃,因此可以采用導(dǎo)電率較好的金、銀作為電極材料和布線材料。
厚膜陶瓷基板(TFC)
相對(duì)于LTCC和HTCC,TFC為一種后燒陶瓷基板。采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將金屬漿料涂覆在陶瓷基片表面,經(jīng)過(guò)干燥、高溫?zé)Y(jié)(700~800℃)后制備。金屬漿料一般由金屬粉末、有機(jī)樹(shù)脂和玻璃等組分。經(jīng)高溫?zé)Y(jié),樹(shù)脂粘合劑被燃燒掉,剩下的幾乎都是純金屬,由于玻璃質(zhì)粘合作用在陶瓷基板表面。燒結(jié)后的金屬層厚度為10~20μm,最小線寬為0.3mm。
直接鍵合銅陶瓷基板(DBC)
由陶瓷基片與銅箔在高溫下(1065℃)共晶燒結(jié)而成,最后根據(jù)布線要求,以刻蝕方式形成線路。由于銅箔具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱能力,而氧化鋁能有效控制 Cu-Al2O3-Cu復(fù)合體的膨脹,使DBC基板具有近似氧化鋁的熱膨脹系數(shù)。
直接鍍銅陶瓷基板(DPC)
其制作首先將陶瓷基片進(jìn)行前處理清洗,利用真空濺射方式在基片表面沉積Ti/Cu層作為種子層,接著以光刻、顯影、刻蝕工藝完成線路制作,最后再以電鍍/化學(xué)鍍方式增加線路厚度,待光刻膠去除后完成基板制作
DPC技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn):低溫工藝(300℃以下),完全避免了高溫對(duì)材料或線路結(jié)構(gòu)的不利影響,也降低了制造工藝成本;采用薄膜與光刻顯影技術(shù),使基板上的金屬線路更加精細(xì),因此DPC基板非常適合對(duì)準(zhǔn)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(jié)合強(qiáng)度較低,產(chǎn)品應(yīng)用時(shí)可靠性較低。