从制造工艺看陶瓷基板的发展趋势

       高功率电子元器件散热首选散热材料是陶瓷基板，陶瓷基板具有低的热膨胀系数、良好的导热性能及绝缘性能, 已经成为业界公认的最具发展潜力的散热基板材料, 在某些场合正逐步取代金属基板。随着制造技术的不断创新和发展，陶瓷基板未来的发展趋势是什么呢？

      目前制造技术陶瓷基板的现状是什么？

      目前应用于大功率电子元器件封装的陶瓷基板制造技术共有HTCC、LTCC、TFC、DBC、DAB、DPC六种, 其中HTCC工艺中金属粉末主要是钨、钼、锰等熔点较高但导电性较差的金属, 其制作成本较高, 故一般较少采用。LTCC工艺因在浆料中加入了导热率低的玻璃材料, 其导热率仅为2~3 W/ (m·K) , 与普通的MCPCB相比优势并不明显。与此同时, HTCC与LTCC的线路图形因采用厚膜 (TFC) 技术制作, 存在线路表面粗糙、对位不精准的缺点。此外, 在烧结过程中还存在陶瓷生坯收缩不一致的问题, 这使得共烧陶瓷的工艺解析度受到了一定的限制, 推广应用也面临着极大的挑战。DBC和DPC将成为陶瓷基板市场的主流军。

      DBC和DAB陶瓷基板制造技术

      DBC工艺中因液相铜对陶瓷表面的润湿性较差, 需要在高温条件下引入氧元素实现铜箔与基体陶瓷的敷接, 且在交界面上容易产生微气孔, 对设备和技术要求较高, 仍然是国内外科研工作者研究的重点。DAB工艺中铝在高温下容易氧化, 会影响到液态铝液对陶瓷表面的润湿性, 敷接需要在无氧条件下进行, 因此对设备和技术的要求同样较为苛刻, 目前并没有实现大规模的产业化。目前, 西方发达国家、日本、韩国拥有DBC与DAB的技术和市场优势。我国部分科研机构也对DBC与DAB开展了一些研究工作并取得了一定的技术突破, 但与国际先进水平相比仍有一定的差距, 产品主要应用于IGBT (绝缘栅双极二极管) 和LD (激光二极管) 等功率器件封装。因DBC与DAB导电层较厚, 两种基板应用于LED封装的优势并不明显。

       DPC制作工艺的发展

 DPC工艺通过在陶瓷表面引入过渡层金属解决了铜箔对陶瓷表面润湿性不佳的难题, 在保证导电层与陶瓷基体之间结合力的前提下, 成功实现了陶瓷表面金属化。DPC陶瓷基板不仅具有优良的导电性能, 而且线路精准度与表面平整度较高, 非常适合LED覆晶与共晶工艺的LED封装, 并在生产规模方面已经实现了产业化, 是目前最能满足LED朝大功率、高光密与小尺寸方向发展需求的陶瓷封装散热基板。目前我国台湾地区对DPC核心技术持垄断地位, 全球产品市场占有率占80%, 是半导体照明行业巨头如美国Cree、Lumileds和德国Osram等企业陶瓷散热基板的主要供应方。如今随着研发力度的不断加大, 大陆地区DPC基板技术也已经取得了突破, 在一定程度上也能满足大功率LED封装对散热的需求。

散热是功率型电子元器件发展过程中的关键技术问题。鉴于大功率、小尺寸、轻型化已经成为未来功率型电子元器件封装的发展趋势, 陶瓷基板除了具有优异的导热特性之外, 还具备较好的绝缘、耐热、耐压能力及与芯片良好的热匹配性能, 已成为中、高端功率型电子元器件封装散热之首选。陶瓷基板表面金属化工艺是实现陶瓷在功率型电子元器件封装中使用的重要环节, 金属化方法决定了陶瓷基板的性能、制造成本、产品良率与使用范围。

陶瓷基板的发展趋势依赖于陶瓷基板金属化以及制作技术的不断创新和成熟，也依赖于产业应用领域不断发展需要，要实现陶瓷基板pcb的市场占有率就需要掌握现有成熟的制作技术，同时不断实现技术创新。陶瓷基板的应用市场已经不断扩大，由原来的高功率电子器件，到现在的LED大功率模组、制冷片、传感器、医疗设备、汽车电子，军工，航天航空等领域。金瑞欣陶瓷基板已经掌握了成熟的DPC制作工艺和DBC制作工艺，DPC制作镀膜最薄可以做到0.15MM，板厚可以在0.15mm~8.0mm之间；DBC覆铜板结合力高达15n/mm以上。