陶瓷基板又称陶瓷电路板，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。根据封装结构和应用要求，陶瓷基板可分为平面陶瓷基板和三维陶瓷基板两大类。
平面陶瓷基板
根据制备原理与工艺不同，平面陶瓷基板可分为薄膜陶瓷基板(TFC)、厚膜印刷陶瓷基板(TPC)、直接键合铜陶瓷基板(DBC)、活性金属焊接陶瓷基板(AMB)、直接电镀铜陶瓷基板(DPC)和激光活化金属陶瓷基板(LAM)等。
1.薄膜陶瓷基板(TFC)
TFC利用磁控溅射、真空蒸镀和电化学沉积等薄膜工艺在陶瓷基板表面形成金属层，然后通过掩膜和刻蚀等工艺形成特定的金属图形。该工艺工作温度低、布线精度高、金属层厚度可控以及金属陶瓷间结合强度高。常用于薄膜工艺的陶瓷基片材料主要有Al2O3、AlN 和 BeO等。薄膜陶瓷基板主要应用于电流小、尺寸小、散热要求高、布线精度要求高的器件封装。
2.厚膜印刷陶瓷基板(TPC)
TPC采用丝网印刷工艺印刷金属布线层，制备工艺简单，对加工设备和环境要求低，具有生产效率高、制造成本低等优点。但由于丝网印刷工艺限制，TFC 基板无法获得高精度线路 ，此外，为了降低烧结温度，提高金属层与陶瓷基片结合强度，通常在金属浆料中添加少量玻璃相，这会不可避免地降低金属布线层的电导率和热导率。因此厚膜印刷陶瓷基板仅应用于对线路精度要求不高的电子器件封装，如汽车电子封装。
3.直接键合铜陶瓷基板(DBC)
DBC陶瓷基板是在1000℃以上的高温条件下，在含氧的氮气中加热，使铜箔和陶瓷基板通过共晶键合的方式牢固结合在一起，其键合强度高且具有良好的导热性和热稳定性。广泛应用于绝缘双极二极管、激光器、聚焦光伏等器件封装散热中。
4.活性金属焊接陶瓷基板(AMB)
AMB陶瓷基板是DBC工艺的进一步发展，该工艺通过含有少量稀土元素的焊料来实现陶瓷基板与铜箔的连接，其键合强度高、可靠性好。该工艺相较于DBC工艺键合温度低、易操作。制备工艺流程如下图。
5.直接电镀铜陶瓷基板(DPC)
DPC陶瓷基板利用激光在陶瓷基片上打孔，采用半导体工艺在陶瓷基片上沉积Cu种子层，通过电镀工艺填孔，增厚金属层，该工艺具有电路精度高、制备温度低的特点。该工艺可实现陶瓷基板的垂直互连从而提高封装密度。缺点在于金属线路层采用电镀工艺制备，污染环境，电镀生长速度低，线路层厚度有限，难以满足大电流功率器件封装需求。DPC陶瓷基板主要应用于大功率LED封装。制
6.激光活化金属陶瓷基板(LAM)
LAM陶瓷基板通过激光束加热活化需要金属化的陶瓷基板表面，然后通过电镀或化学镀形成金属化布线。该工艺无需采用光刻、显影、刻蚀等微加工工艺，通过激光直写制备线路层，且线宽由激光光斑决定，精度高，可在三维结构陶瓷表面制备线路层，突破了传统平面陶瓷基板金属化的限制，金属层与陶瓷基片结合强度高，线路层表面平整，粗糙度在纳米级别。但其难以大批量生产，价格极高，目前主要应用于航空航天领域。
三维陶瓷基板
常见的三维陶瓷基板主要有：高/低温共烧陶瓷基板(HTCC/LTCC) 、 多层烧结三维陶瓷基板(MSC)、直接粘接三维陶瓷基板(DAC)、多层镀铜三维陶瓷基板(MPC)以及直接成型三维陶瓷基板(DMC)等。
1.高温共烧陶瓷基板(HTCC)
HTCC基板制备过程中先将陶瓷粉(Al2O3或AlN)加入有机黏结剂，混合均匀成为膏状陶瓷浆料后，用刮刀将陶瓷浆料刮成片状，再通过干燥工艺使片状浆料形成生胚，然后根据线路层设计钻导通孔，采用丝网印刷金属浆料进行布线填孔，最后将生胚层叠加，置于高温炉中烧结。该工艺温度高，导电金属选择受限，只能采用熔点高但导电性较差的金属，制作成本较高。受限于丝网印刷工艺，线路精度较差，难以满足高精度封装需求。但HTCC基板具有较高机械强度和热导率，物化性能稳定，适合大功率及高温环境下器件封装。工艺流程如下图。
2.低温共烧陶瓷基板(LTCC)
与HTCC制备工艺类似，只是在陶瓷浆料中加入了一定量玻璃粉来降低烧结温度，同时使用导电性良好的Cu、Ag和Au等金属浆料，LTCC基板制备温度低，但生产效率高，可适应高温、高湿及大电流应用要求，在军工及航天电子器件中得到广泛应用。
3.多层烧结三维陶瓷基板(MSC)
首先制备厚膜印刷陶瓷基板，随后通过多次丝网印刷将陶瓷浆料印刷于平面TPC基板上，形成腔体结构，再经高温烧结而成。MSC基板技术生产设备和工艺简单，平面基板与腔体结构独立烧结成型，腔体结构与平面基板均为无机陶瓷材料，热膨胀系数匹配，制备过程中不会出现脱层、翘曲等现象。缺点在于，下部TPC基板线路层与上部腔体结构均采用丝网印刷布线，图形精度较低，受丝网印刷工艺限制，所制备的MSC基板腔体厚度有限。因此MSC三维基板仅适用于体积较小、精度要求不高的电子器件封装。工艺流程如下图。
4.直接粘接三维陶瓷基板(DAC)
首先加工金属环和DPC陶瓷基板，然后采用有机粘胶将金属环与DPC基板对准后粘接、加热固化。工艺简单，成本低，可实现批量生产，所有制备工艺均在低温下进行，不会对DPC基板线路层造成损伤。但由于有机粘胶耐热性差，固化体与金属、陶瓷间热膨胀系数差较大，且为非气密性材料，目前DAC陶瓷基板主要应用于线路精度要求较高，但对耐热性、气密性、可靠性等要求较低的电子器件封装。采用无机胶替代有机胶的粘接，大大提高了DAC三维陶瓷基板的耐热性和可靠性。
5.多层电镀三维陶瓷基板(MPC)
MPC基板采用图形电镀工艺制备线路层，避免基板线路粗糙问题，满足高精度封装要求。陶瓷基板与金属围坝一体化成型为密封腔体，结构紧凑，无中间粘结层，气密性高。MPC基板整体为全无机材料，具有良好的耐热性、抗腐蚀、抗辐射等。金属围坝结构形状可以任意设计，围坝顶部可制备出定位台阶，便于放置玻璃透镜或盖板。但干膜厚度限制，制备过程耗时长，生产成本高，由于电镀围坝铜层较厚，内部应力大，MPC基板容易翘曲变形，影响后续的芯片封装质量与效率。
6.直接成型三维陶瓷基板(DMC)
首先制备平面DPC陶瓷基板，同时制备带孔橡胶模具，将橡胶模具与 DPC陶瓷基板对准合模后，向模具腔内填充牺牲模材料，待牺牲模材料固化后，取下橡胶模具，牺牲模粘接于DPC陶瓷基板上，并精确复制橡胶模具孔结构特征，作为铝硅酸盐浆料成型模具，随后将铝硅酸盐浆料涂覆于DPC陶瓷基板上并刮平，加热固化，最后将牺牲模材料腐蚀，得到含铝硅酸盐免烧陶瓷围坝的三维陶瓷基板。该工艺制备的三维陶瓷基板精度高，重复性好，适合量产。铝硅酸盐浆料加热后脱水缩合，主要产物为无机聚合物，其耐热性好，热膨胀系数与陶瓷基片匹配，具有良好的热稳定性。固化体与陶瓷、金属粘接强度高，制备的三维陶瓷基板可靠性高。围坝厚度(腔体高度)取决于模具厚度，理论上不受限制，可满足不同结构和尺寸的电子器件封装要求。
总结
●陶瓷基片材料Al2O3和AlN具有较好的综合性能，两者分别在低端和高端陶瓷基板市场占据主流。 ●平面陶瓷基板TFC基板主要应用于小电流光电器件封装；TPC基板主要应用于汽车传感器等领域；DBC和AMB基板主要应用于高功率、大温变的IGBT封装；DPC基板主要应用于大功率LED封装；而LAM基板应用于航空航天领域。
●三维陶瓷基板制备技术HTCC/LTCC、MSC基板均采用丝网印刷与高温烧结工艺制备，腔体可靠性高，但金属线路层精度较差；MPC、DAC和 DMC基板通过在DPC基板上电镀、粘接和固化成型围坝，具有金属线路层精度高，围坝与基板结合强度高等优点，有望在今后的功率器件气密封装、三维封装与集成领域发挥重要作用。
