陶瓷基板是指銅箔在高溫下直接鍵合到氧化鋁(Al2O3)或氮化鋁(AlN)陶瓷基片表面( 單面或雙面)上的特殊工藝板。所制成的超薄復合基板具有優良電絕緣性能,高導熱特性,優異的軟釬焊性和高的附著強度,并可像PCB板一樣能刻蝕出各種圖形,具有很大的載流能力。因此,陶瓷基板已成為大功率電力電子電路結構技術和互連技術的基礎材料。
現階段較普遍的陶瓷散熱基板種類共有HTCC、LTCC、DBC、DPC、LAM五種,HTCCLTCC都屬于燒結工藝,成本都會較高。
而DBC與DPC則為國內近年來才開發成熟,且能量產化的專業技術,DBC是利用高溫加熱將Al2O3與Cu板結合,其技術瓶頸在于不易解決Al2O3與Cu板間微氣孔產生之問題,這使得該產品的量產能量與良率受到較大的挑戰,而DPC技術則是利用直接鍍銅技術,將Cu沉積于Al2O3基板之上,其工藝結合材料與薄膜工藝技術,其產品為近年最普遍使用的陶瓷散熱基板。然而其材料控制與工藝技術整合能力要求較高,這使得跨入DPC產業并能穩定生產的技術門檻相對較高。LAM技術又稱作激光快速活化金屬化技術。
1、HTCC (High-Temperature Co-fired Ceramic)
HTCC又稱為高溫共燒多層陶瓷,生產制造過程與LTCC極為相似,主要的差異點在于HTCC的陶瓷粉末并無加入玻璃材質,因此,HTCC的必須再高溫1300~1600℃環境下干燥硬化成生胚,接著同樣鉆上導通孔,以網版印刷技術填孔與印制線路,因其共燒溫度較高,使得金屬導體材料的選擇受限,其主要的材料為熔點較高但導電性卻較差的鎢、鉬、錳…等金屬,最后再疊層燒結成型。由于所加入的金屬在高溫下非常容易氧化,在共燒時需要加入還原性氣氛保護,一般使用氫氣。
2、 LTCC (Low-Temperature Co-fired Ceramic)
LTCC 又稱為低溫共燒多層陶瓷基板,此技術須先將無機的氧化鋁粉與約30%~50%的玻璃材料加上有機黏結劑,使其混合均勻成為泥狀的漿料,接著利用刮刀把漿料刮成片狀,再經由一道干燥過程將片狀漿料形成一片片薄薄的生胚,然后依各層的設計鉆導通孔,作為各層訊號的傳遞,LTCC內部線路則運用網版印刷技術,分別于生胚上做填孔及印制線路,內外電極則可分別使用銀、銅、金等金屬,最后將各層做疊層動作,放置于850~900℃的燒結爐中燒結成型,即可完成。
3、 DBC (Direct Bonded Copper)
直接敷銅技術是利用銅的含氧共晶液直接將銅敷接在陶瓷上,其基本原理就是敷接過程前或過程中在銅與陶瓷之間引入適量的氧元素,在1065℃~1083℃范圍內,銅與氧形成Cu-O共晶液, DBC技術利用該共晶液一方面與陶瓷基板發生化學反應生成 CuAlO2或CuAl2O4相,另一方面浸潤銅箔實現陶瓷基板與銅板的結合。
現階段陶瓷基板的生產型燒結設備多采用推板窯,工作溫度≤1200℃。產品放置在匣缽內,然后擺放推板上,隨推板依次經過升溫區、恒溫區、降溫區,完成產品的燒結工藝,通過外循環推進系統的全自動運行,讓推板自動循環。可設置排膠系統與氣氛保護系統,在排膠區進行氧含量監測。設置若干個氧含量監測口,平時封閉,需要檢測該處爐膛內氧含量值的時候,打開封蓋,接上快速接頭,連接氧含量分析儀,和觸摸屏通訊,就能直接在觸摸屏上實時顯示該處爐膛內的氧含量值,通過分析,掌握爐內排膠的具體情況。
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