從制造工藝看陶瓷基板的發(fā)展趨勢(shì)

       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(chǎng)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(lái)的發(fā)展趨勢(shì)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(diǎn)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(shì)并不明顯。與此同時(shí), 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(duì)位不精準(zhǔn)的缺點(diǎn)。此外, 在燒結(jié)過(guò)程中還存在陶瓷生坯收縮不一致的問(wèn)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(chǎng)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(duì)陶瓷表面的潤(rùn)濕性較差, 需要在高溫條件下引入氧元素實(shí)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(duì)設(shè)備和技術(shù)要求較高, 仍然是國(guó)內(nèi)外科研工作者研究的重點(diǎn)。DAB工藝中鋁在高溫下容易氧化, 會(huì)影響到液態(tài)鋁液對(duì)陶瓷表面的潤(rùn)濕性, 敷接需要在無(wú)氧條件下進(jìn)行, 因此對(duì)設(shè)備和技術(shù)的要求同樣較為苛刻, 目前并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化。目前, 西方發(fā)達(dá)國(guó)家、日本、韓國(guó)擁有DBC與DAB的技術(shù)和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。我國(guó)部分科研機(jī)構(gòu)也對(duì)DBC與DAB開(kāi)展了一些研究工作并取得了一定的技術(shù)突破, 但與國(guó)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(shì)并不明顯。

       DPC制作工藝的發(fā)展

 DPC工藝通過(guò)在陶瓷表面引入過(guò)渡層金屬解決了銅箔對(duì)陶瓷表面潤(rùn)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(shí)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(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化, 是目前最能滿(mǎn)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(guó)臺(tái)灣地區(qū)對(duì)DPC核心技術(shù)持壟斷地位, 全球產(chǎn)品市場(chǎng)占有率占80%, 是半導(dǎo)體照明行業(yè)巨頭如美國(guó)Cree、Lumileds和德國(guó)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(mǎn)足大功率LED封裝對(duì)散熱的需求。

散熱是功率型電子元器件發(fā)展過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。鑒于大功率、小尺寸、輕型化已經(jīng)成為未來(lái)功率型電子元器件封裝的發(fā)展趨勢(shì), 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(shí)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(shì)依賴(lài)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(lài)于產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域不斷發(fā)展需要，要實(shí)現(xiàn)陶瓷基板pcb的市場(chǎng)占有率就需要掌握現(xiàn)有成熟的制作技術(shù)，同時(shí)不斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新。陶瓷基板的應(yīng)用市場(chǎng)已經(jīng)不斷擴(kuò)大，由原來(lái)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(chē)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。