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陶瓷基板是指铜箔在高温下直接键合到氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)陶瓷基片表面( 单面或双面)上的特殊工艺板。所制成的超薄复合基板具有优良电绝缘性能,高导热特性,优异的软钎焊性和高的附着强度,并可像PCB板一样能刻蚀出各种图形,具有很大的载流能力。因此,陶瓷基板已成为大功率电力电子电路结构技术和互连技术的基础材料。
现阶段较普遍的陶瓷散热基板种类共有HTCC、LTCC、DBC、DPC、LAM五种,HTCCLTCC都属于烧结工艺,成本都会较高。
而DBC与DPC则为国内近年来才开发成熟,且能量产化的专业技术,DBC是利用高温加热将Al2O3与Cu板结合,其技术瓶颈在于不易解决Al2O3与Cu板间微气孔产生之问题,这使得该产品的量产能量与良率受到较大的挑战,而DPC技术则是利用直接镀铜技术,将Cu沉积于Al2O3基板之上,其工艺结合材料与薄膜工艺技术,其产品为近年最普遍使用的陶瓷散热基板。然而其材料控制与工艺技术整合能力要求较高,这使得跨入DPC产业并能稳定生产的技术门槛相对较高。LAM技术又称作激光快速活化金属化技术。
1、HTCC (High-Temperature Co-fired Ceramic)
HTCC又称为高温共烧多层陶瓷,生产制造过程与LTCC极为相似,主要的差异点在于HTCC的陶瓷粉末并无加入玻璃材质,因此,HTCC的必须再高温1300~1600℃环境下干燥硬化成生胚,接着同样钻上导通孔,以网版印刷技术填孔与印制线路,因其共烧温度较高,使得金属导体材料的选择受限,其主要的材料为熔点较高但导电性却较差的钨、钼、锰…等金属,最后再叠层烧结成型。由于所加入的金属在高温下非常容易氧化,在共烧时需要加入还原性气氛保护,一般使用氢气。
2、 LTCC (Low-Temperature Co-fired Ceramic)
LTCC 又称为低温共烧多层陶瓷基板,此技术须先将无机的氧化铝粉与约30%~50%的玻璃材料加上有机黏结剂,使其混合均匀成为泥状的浆料,接着利用刮刀把浆料刮成片状,再经由一道干燥过程将片状浆料形成一片片薄薄的生胚,然后依各层的设计钻导通孔,作为各层讯号的传递,LTCC内部线路则运用网版印刷技术,分别于生胚上做填孔及印制线路,内外电极则可分别使用银、铜、金等金属,最后将各层做叠层动作,放置于850~900℃的烧结炉中烧结成型,即可完成。
3、 DBC (Direct Bonded Copper)
直接敷铜技术是利用铜的含氧共晶液直接将铜敷接在陶瓷上,其基本原理就是敷接过程前或过程中在铜与陶瓷之间引入适量的氧元素,在1065℃~1083℃范围内,铜与氧形成Cu-O共晶液, DBC技术利用该共晶液一方面与陶瓷基板发生化学反应生成 CuAlO2或CuAl2O4相,另一方面浸润铜箔实现陶瓷基板与铜板的结合。
现阶段陶瓷基板的生产型烧结设备多采用推板窑,工作温度≤1200℃。产品放置在匣钵内,然后摆放推板上,随推板依次经过升温区、恒温区、降温区,完成产品的烧结工艺,通过外循环推进系统的全自动运行,让推板自动循环。可设置排胶系统与气氛保护系统,在排胶区进行氧含量监测。设置若干个氧含量监测口,平时封闭,需要检测该处炉膛内氧含量值的时候,打开封盖,接上快速接头,连接氧含量分析仪,和触摸屏通讯,就能直接在触摸屏上实时显示该处炉膛内的氧含量值,通过分析,掌握炉内排胶的具体情况。