陶瓷電路板陶瓷基金屬化基板擁有良好的熱學(xué)和電學(xué)性能,是功率型LED封裝、紫光、紫外的極佳材料,特別適用于多芯片封裝(MCM)和基板直接鍵合芯片(COB)等的封裝結(jié)構(gòu)。
一、陶瓷材料的比較
1. 塑料和陶瓷材料的比較
以環(huán)氧樹脂為代表的塑料材料具有經(jīng)濟性特點,在電子市場的應(yīng)用非常廣泛,然而隨著社會進步對許多特殊領(lǐng)域如高溫、線膨脹系數(shù)、氣密性、穩(wěn)定性、機械性能等方面要求的提高,塑料材料無法滿足新的市場要求。
陶瓷材料以其電阻高,高頻特性突出,且具有熱導(dǎo)率高、化學(xué)穩(wěn)定性佳、熱穩(wěn)定性等優(yōu)點,被廣泛用于不同厚膜、薄膜或和電路的基板材料,還可以用作絕緣體,在熱性能要求苛刻的電路中做導(dǎo)熱通路以及用來制造各種電子元件。
2.氮化鋁與氧化鋁陶瓷基板的比較
氮化鋁陶瓷基板具有兩大優(yōu)點,一個是高的熱導(dǎo)率,二是與硅相匹配的膨脹系數(shù)。缺點在于氧化層會對熱導(dǎo)率產(chǎn)生影響,對材料和工藝的要求較高。目前我國對大規(guī)模的氮化鋁生產(chǎn)技術(shù)不夠成熟,價格也比氧化鋁高。
氧化鋁陶瓷基板是電子工業(yè)中最常用的基板材料,因為在機械、熱、電性能上相對于大多數(shù)其他氧化物陶瓷,強度及化學(xué)穩(wěn)定性高,且原料來源豐富,適用于各種各樣的技術(shù)制造以及不同的形狀。
二、基板種類及特性
市面上陶瓷散熱基板種類大多分為HTCC、LTCC、DBC、DPC,而斯利通品牌擁有獨創(chuàng)的LAM(Laser Activation Metallization)即激光快速活化金屬化技術(shù)。
1.HTCC和LTCC
HTCC屬于較早期發(fā)展的技術(shù),但由于燒結(jié)溫度較高使其電極材料的選擇受限,且制作成本相對昂貴,這些因素促使LTCC的發(fā)展,LTCC雖然將共燒溫度降至約850℃,但具有尺寸精確度、產(chǎn)品強度等不易控制的缺點。
2.DBC和DPC
直接敷銅(Direct Bonded Copper,DBC)技術(shù)是主要是基于Al2O3陶瓷基板發(fā)展起來的陶瓷表面金屬化技術(shù),后來又應(yīng)用于AlN陶瓷。在大功率電力半導(dǎo)體模塊、太陽能電池板組件、汽車電子、航天航空及軍用電子組件、智能功率組件等領(lǐng)域獲得較為成功的應(yīng)用。
薄膜法(DPC)是微電子制造中進行金屬膜沉積的主要方法,主要用蒸發(fā)、磁控濺射等面沉積工藝進行基板表面金屬化,先是鈦,鉻然后再是銅顆粒,最后電鍍增厚,適用于絕大部分陶瓷基板。集成電路(IC)蝕刻制造工藝作為晶片級制造技術(shù),雖然能夠輕松完成高精度的微電子甚至納電子器件的制造,但是,其制造設(shè)備昂貴、高真空條件、生產(chǎn)流程長、制造工藝復(fù)雜、價格高昂,不適于大批量快速制造。
3.LAM
LAM技術(shù)是斯利通品牌自主研發(fā)的激光快速活化金屬化技術(shù),利用激光將金屬和陶瓷同時活化,讓二者牢固的長在一起。LAM技術(shù)能通過激光技術(shù)在氧化鋁,氮化鋁,氧化鋯,玻璃,石英上面做金屬線路,做出來的產(chǎn)品表面平整度在0.1um左右,覆銅厚度可以根據(jù)客戶要求在1μm~1mm間定制,線寬,線徑可以做到20um。
三、斯利通較傳統(tǒng)基板的優(yōu)勢
1.更高的熱導(dǎo)率
熱導(dǎo)率代表了基板材料本身直接傳導(dǎo)熱能的一種能力,數(shù)值愈高代表其散熱能力愈好。傳統(tǒng)的金屬基板具有較好的熱導(dǎo)率,但因金屬的導(dǎo)電性需要絕緣層,而絕緣層的導(dǎo)熱率只有1.0W/m.K.左右,大大影響了總體的熱導(dǎo)率。陶瓷基板具有絕緣性,無需使用絕緣層,熱導(dǎo)率整體很高。
2.更匹配的熱膨脹系數(shù)
正常開燈時溫度高達80℃~90℃,溫度承受不住會導(dǎo)致焊接不牢。一般的燈是0.1w,0.3w,0.5w,對于1w,3w,5w,的燈時,PVC承受不住。陶瓷和芯片的熱膨脹系數(shù)接近,不會在溫差劇變時產(chǎn)生太大變形導(dǎo)致線路脫焊,內(nèi)應(yīng)力等問題。
3.更好的結(jié)合力
傳統(tǒng)的DBC、DPC等技術(shù)會產(chǎn)生金屬層脫落等現(xiàn)象,斯利通具有自主研發(fā)的LAM技術(shù),激光技術(shù)下的金屬層與陶瓷基板的結(jié)合強度高,最大可以達到45MPa(大于1mm厚陶瓷片自身的強度)。
4.導(dǎo)電層厚度在1μm~1mm內(nèi)任意定制
傳統(tǒng)的DBC技術(shù)只能制造100μm~600μm厚的導(dǎo)電層;傳統(tǒng)的DBC技術(shù)做﹤100μm時生產(chǎn)溫度太高會融化,做﹥600μm時銅層太厚,銅會流下去導(dǎo)致產(chǎn)品邊緣模糊。DPC技術(shù)國內(nèi)能做到300um就很不錯了。
斯利通的導(dǎo)電層厚度在1μm~1mm內(nèi)任意定制,精度很準。
5.高密度組裝
傳統(tǒng)厚膜技術(shù)最大L/S分辨率僅100μm,耐焊性差,鋁-錳法最大L/S分辨率僅100μm,且Mo、Mn本身導(dǎo)電性并不好。