DPC陶瓷基板制作技术和应用

DPC又称直接镀铜陶瓷基板，由陶瓷基片和布线金属层两部分组成。封装基板起着承上启下，连接内外散热通道的关键作用，同时兼有电互连和机械支撑等功能。陶瓷热导率高、耐热性好、机械强度高、热膨胀系数低，是功率半导体器件封装常用的基板材料。今天小编只要简述DPC陶瓷基板的材料、制作技术和应用。

一，DPC陶瓷基板都用哪些陶瓷基片

DPC陶瓷基板材料主要有Al2O3、BeO、AlN、Si3N4、SiC等基片。不同的陶瓷基片各有不同。

01、Al2O3陶瓷基板

Al2O3陶瓷基板由于价格低廉、力学性能较好，而且工艺技术纯熟，是目前应用最为广泛的陶瓷基板材料。但是Al2O3陶瓷的热导率较低（24W/(m·k）），在一定程度上限制了其在大功率电子产品中的应用。

02、AlN陶瓷基板

AlN陶瓷作为一种新型的LED封装基板材料，具有热导率高（其理论热导率可达320W/(m·k）)、强度高、热膨胀系数低、介电损耗小、耐高温及化学腐蚀，而且无毒环保等优良性能，是被国内外一致看好最具发展前景的一种陶瓷材料。

03、SiC陶瓷基板

SiC陶瓷具有很高的热导率，热膨胀系数也与Si接近，而且SiC的物理性能较好，具有高耐磨性和高硬度，但是SiC是强共价键化合物，烧结温度高达2000多摄氏度，而且需要加入少量的烧结助剂才能烧结致密，导致SiC陶瓷基板制备能耗大，生产成本高。

04、BeO陶瓷基板

BeO陶瓷导热性能优良，综合性能良好，能够满足较高的电子封装要求，但是其热导率随温度波动变化较大，温度升高其热导率大幅下降。此外，BeO有剧毒，已逐渐淡出封装应用领域。

05、Si3N4陶瓷基板

Si3N4陶瓷的热导率与抗弯强度较高，能满足集成电路向高集成化、多层化、轻型化等特性发展，另外Si3N4陶瓷的强度和断裂韧性较高，耐热疲劳性能良好，是一种有着良好发展前景的高热导率高强度陶瓷基板材料。

 二，DPC陶瓷基板制作工艺技术

       DPC陶瓷基板工艺流程

       DPC陶瓷基板其制作首先将陶瓷基片进行前处理清洗，利用真空溅射方式在基片表面沉积Ti/Cu层作为种子层，接着以光刻、显影、刻蚀工艺完成线路制作，最后再以电镀/化学镀方式增加线路厚度，待光刻胶去除后完成基板制作。

                                                                          DPC陶瓷基板制作技术流程

      DPC陶瓷基板优缺点：

       优点：

（1）低温工艺（300℃以下），完全避免了高温对材料或线路结构的不利影响，也降低了制造工艺成本。

（2）采用薄膜与光刻显影技术，使基板上的金属线路更加精细（线宽尺寸20~30μm，表面平整度低于0.3μm，线路对准精度误差小于±1%），因此DPC基板非常适合对准精度要求较高的电子器件封装。

 缺点：

（1）电镀沉积铜层厚度有限，且电镀废液污染大；

（2）金属层与陶瓷间的结合强度较低，产品应用时可靠性较低；

（3）电镀生长速度低，线路层厚度有限(一般控制在10μm~100μm)，难以满足大电流功率器件封装需求。

DPC陶瓷基板的核心关键技术

1、金属线路层与陶瓷基片的结合强度

由于金属与陶瓷间热膨胀系数差较大，为降低界面应力，需要在铜层与陶瓷间增加过渡层，从而提高界面结合强度。由于过渡层与陶瓷间的结合力主要以扩散附着及化学键为主，因此常选择Ti、Cr和Ni等活性较高、扩散性好的金属作为过渡层(同时作为电镀种子层)。

2、电镀填孔

电镀填孔也是DPC陶瓷基板制备的关键技术。目前DPC基板电镀填孔大多采用脉冲电源，其技术优势包括：易于填充通孔，降低孔内镀层缺陷；表面镀层结构致密，厚度均匀；可采用较高电流密度进行电镀，提高沉积效率。

三，DPC陶瓷基板应用领域

1、LD封装

激光二极管(LD)又称半导体激光器，是一种基于半导体材料受激辐射原理的光电器件，具有体积小、寿命长、易于泵浦和集成等特点。广泛应用于激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等领域。温度与半导体激光器的输出功率有较大关系。散热是LD封装关键。由于LD器件电流密度大，热流密度高，陶瓷基板成为LD封装的首选热沉材料。

      2、IGBT封装

绝缘栅双极晶体管以输入阻抗高、开关速度快、通态电压低、阻断电压高等特点，成为当今功率半导体器件发展主流。其应用小到变频空调、静音冰箱、洗衣机、电磁炉、微波炉等家用电器，大到电力机车牵引系统等。由于IGBT输出功率高，发热量大，因此对IGBT封装而言，散热是关键。目前IGBT封装主要采用DBC陶瓷基板，原因在于DBC具有金属层厚度大，结合强度高(热冲击性好)等特点。

3、光伏(PV)模组封装

光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光直接转化为电能。由于聚焦作用导致太阳光密度增加，芯片温度升高，必须采用陶瓷基板强化散热。实际应用中，陶瓷基板表面的金属层通过热界面材料(TIM)分别与芯片和热沉连接，热量通过陶瓷基板快速传导到金属热沉上，有效提高了系统光电转换效率与可靠性。

4、LED封装

纵观LED技术发展，功率密度不断提高，对散热的要求也越来越高。由于陶瓷具有的高绝缘、高导热和耐热、低膨胀等特性，特别是采用通孔互联技术，可有效满足LED倒装、共晶、COB(板上芯片)、CSP(芯片规模封装)、WLP(圆片封装)封装需求，适合中高功率LED封装。

综上可知，DPC陶瓷基板制作工艺以及核心技术流程包括应用，陶瓷基板虽然不是处于主导地位，但由于其良好的导热性、耐热性、绝缘性、低热膨胀系数和成本的不断降低，在电子封装特别是功率电子器件如IGBT（绝缘栅双极晶体管）、LD（激光二极管）、大功率LED（发光二极管）、CPV（聚焦型光伏）封装中的应用越来越广泛。

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