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薄膜陶瓷电路基板应用特点

168 2021-07-02
薄膜陶瓷电路基板

                                   薄膜陶瓷电路基板应用特点

薄膜陶瓷电路板基板是高集成化、高精密度、高导热率的基板,在半导体包括晶体管、二级管 、电阻和电感器等元件散热起到了非常重要的作用。

一,薄膜电路基板是高集成电路应用的重要器件

薄膜电路是将整个电路的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件以及它们之间的互连引线,全部用厚度在1微米以下的金属、半导体、金属氧化物、多种金属混合相、合金或绝缘介质薄膜,并通过真空蒸发、溅射和电镀等工艺制成的集成电路。

薄膜集成电路中的有源器件,即晶体管,有两种材料结构形式:一种是薄膜场效应硫化镉或硒化镉晶体管,另一种是薄膜热电子放大器。更多的实用化的薄膜集成电路采用混合工艺,即用薄膜技术在玻璃、微晶玻璃、镀釉和抛光氧化铝陶瓷基片上制备无源元件和电路元件间的连线,再将集成电路、晶体管、二极管等有源器件的芯片和不使用薄膜工艺制作的功率电阻、大容量的电容器、电感等元件用热压焊接、超声焊接、梁式引线或凸点倒装焊接等方式,就可以组装成一块完整的集成电路。

汽车领域DPC陶瓷基板.jpg

二,陶瓷薄膜电路基板的应用

采用薄膜技术来制造薄膜电路是薄膜领域中一个重要分支。薄膜电路主要特点:制造精度比较高(薄膜线宽和线间距较小),可实现小孔金属化,可集成电阻、电容、电感、空气桥等无源元件,并且根据需要,薄膜电路可以方便地采用介质制造多层电路。薄膜多层电路是指采用真空蒸发、溅射、电镀等薄膜工艺以及湿法刻蚀和干法刻蚀(反应离子刻蚀、等离子刻蚀、激光刻蚀)等图形形成技术,在抛光的基板(陶瓷、硅、玻璃等材料)上制作导体(Cu或Au等)布线与绝缘介质膜(PI或BCB等)相互交叠的多层互连结构。

薄膜多层电路技术,由于具有互连密度高、集成度高、可以制造高功率电路、整个封装结构具有系统级功能等突出特点,在微波领域的应用很有竞争力,特别是在机载、星载或航天领域中,其体积小、重量轻、可靠性高的特点更加突出,是一种非常有潜力的微波电路模块(低噪声放大器、滤波器、移相器等)、甚至需求量越来越大的T/R组件基板制造技术。

三,陶瓷薄膜电路基板的特点

1)布线密度高,体积可以很小、重量很轻;

2)集成度高,可以埋置电阻、电感、电容等无源器件以及有源芯片;

3)高频特性好,可用于微波及毫米波领域;

4)承受功率密度高,可选用高导热的金属、金刚石、陶瓷或铝炭化硅复合材料等作基板,制造高密度高功率多层基板。

薄膜多层互连基板与其它类型的基板相比,具有如下明显的缺点:

1)工艺采用串形方式,成品率相对低,制造成本高;

2)制造层数受限制。

薄膜多层电路技术由于具有明显的优点和缺点,因此在制造T/R组件的选择上,可以有两种方案。第一,可以采用薄膜技术在陶瓷基板或金属基板上直接制造T/R组件(4~5),发挥薄膜高精度、高集成度、高功率的性能,这种方法成本较高; 第二,将薄膜技术和其他多层电路技术(如厚膜技术、HTCC、LTCC等)结合起来(6-8),制造T/R组件,扬长避短,既发挥其他基板容易实现多层的特点,从而克服薄膜技术本身制造层数不足的缺点,又能发挥薄膜技术本身的高精度、高性能特长。

DBC陶瓷基板.JPG

1,采用 HTCC做T/R组件的基板,是充分利用了高温共烧陶瓷(HTCC)和薄膜多层的优点,而又避开其不足。HTCC的优点是热导率高、易实现多层;其缺点是由于采用的电阻率高的Mo、W等浆料制作导带,微波损耗较大。薄膜多层互连技术的优点:线条精度高,采用Cu、Au等电阻率低的材料作导带,微波损耗小;其缺点是耐功率不足、多层成本高。基于 HTCC的薄膜多层互连技术可以将电源线、地层、信号线布在HTCC中, 以满足耐功率需要并减少薄膜多层层数。功率芯片可以通过焊接的方式贴在HTCC的凹腔中,有利于散热。微带线及芯片精细互连线可以作在少数几层HDI层中,满足微波性能的需要。

2, LTCC基板上薄膜集成 T/R组件

这种技术是将LTCC和薄膜技术集成在一起,在采用杜邦951或943生瓷制造的LTCC板上,不用抛光等处理,直接制造精细薄膜电路图形。利用LTCC容易实现多层的特点,把直流电源线、控制信号线做在不同的层上,还可埋置电阻、电容等无源器件。选用杜邦951或943生瓷,是因为制成的LTCC损耗比较小。利用薄膜的高精度特点,把无源器件(如Lange耦合器、滤波器、电阻网络、衰减器、功率分配器等)集成在LTCC表面。实用中薄膜图形典型的线条及间距20微米,膜层厚度5微米;NiCr层充当电阻层和粘附层。

结语:陶瓷薄膜电路基板与传统的在陶瓷基板实施薄膜工艺相比,薄膜技术在T/R组件的应用有两个明显的新的趋势,一是,在高导热的金属、合金、复合材料( Al/SiC)上采用多层薄膜工艺,制造T/R组件,提高了组件耐功率性能,并且利于封装;还可根据设计需要把芯片贴装在表面的凹腔内,减短了金丝键合的长度或者不用键合,减小了或克服了寄生效应,改善组件性能;二是在其他多层基板(如HTCC或LTCC)上,实施薄膜工艺制造T/R组件,充分发挥HTCC或LTCC易实现多层及埋置无源器件的优点以及薄膜工艺高精度、低损耗的优点,对减小T/R组件基板尺寸、改善组件的电性能和热性能有重要意义。更多陶瓷薄膜电路基板的问题可以咨询金瑞欣特种电路,金瑞欣陶瓷基板加工多年,熟悉的薄膜制作工艺,精密度高,国内很多高校、研发机构、上市公司等3000多加企业单位合作,值得信赖。

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