新闻详情

结合应用来看DPC陶瓷基板的市场优势

55 2021-07-06
DPC陶瓷基板

                                                  结合应用来看DPC陶瓷基板的市场优势

      陶瓷基板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。

良好的器件散热依赖于优化的散热结构设计、封装材料选择(热界面材料与散热基板)及封装制造工艺等。其中,基板材料的选用是关键环节,直接影响到器件成本、性能与可靠性。陶瓷基板材料主要有Al2O3、BeO、AlN、Si3N4、SiC等。

LED氧化铝陶瓷电路板.jpg

一,以下阐述各个陶瓷基板材料的优劣势:

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、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。

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、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。

05、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。

二,直接镀铜陶瓷基板(DPC)的制作工艺和特点

1,Dpc陶瓷基板以及制作工艺流程

DPC又称直接镀铜陶瓷基板。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基板制备工艺流程

dpc制备工艺.jpg 

2,DPC陶瓷制作工艺的优点与不足

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。

汽车领域DPC陶瓷基板.jpg

三,DPC陶瓷基板的关键技术

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、DPC陶瓷基板电镀填孔

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。

四,DPC陶瓷基板的核心应用

1、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。

IGBT陶瓷基板.JPG

2、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。

3、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。

4、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。

更多DPC陶瓷基板相关问题咨询金瑞欣特种电路,金瑞欣主营氧化铝、氮化铝、氮化硅陶瓷基板加工生产,精通DPC工艺,精密加工,品质可靠,欢迎咨询。

相关资讯“dpc陶瓷基板优缺点以及价格和生产厂家

    

相关资讯

4000-806-106

相关产品

4000-806-106