陶瓷基板是干什么用的

陶瓷基板是干什么用的

陶瓷基板是干什么用的，陶瓷基板是指铜箔在高温下直接键合到氧化铝（Al2O3）或氮化铝（AlN）陶瓷基片表面（ 单面或双面）上的特殊工艺板。下面来看看陶瓷基板是干什么用的。

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1、陶瓷基板在芯片当中的应用

在led多采用陶瓷基板做成芯片，以实现更好的导热性能。此外，在以下电子设备也多使用陶瓷基板做成陶瓷芯片：

◆大功率电力半导体模块。

◆半导体致冷器、电子加热器；功率控制电路，功率混合电路。

◆智能功率组件；高频开关电源，固态继电器。

◆汽车电子，航天航空及军用电子组件。

◆太阳能电池板组件；电讯专用交换机，接收系统；激光等工业电子。

2、陶瓷基板在三代半导体的应用

以MOSFET、IGBT、晶体管等为代表的主流功率器件在各自的频率段和电源功率段占有一席之地。由于IGBT的综合优良性能，已经取代GTR，成为逆变器、UPS、变频器、电机驱动、大功率开关电源，尤其是现在炙手可热的电动汽车、高铁等电力电子装置中主流的器件。

3、氧化铝陶瓷基板在电子电力领域的应用

在电力电子领域，比如功率开关电源、电力驱动等，需要介质陶瓷基板来实现更好的导热性能，防止电流烧坏和短路。

4、氧化铝陶瓷共烧板在锂电池行业的应用

随着人工智能和环保的推荐，汽车行业也推出电力轿车，主要是通过电池蓄电，采用陶瓷基板做的锂电池可以实现更好的电流和散热功能，促进新能源汽车的市场需求。

5、陶瓷基板在集成电路当中的应用

小尺寸的陶瓷基板芯片（小于3mm*3mm）通过技术也能实现小尺寸集成电路的封装，因此对于集成电路的应用也是越来也大；毕竟集成电路发展具备精密化、微型化等特征。

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陶瓷基板特点

1、机械应力强，形状稳定；高强度、高导热率、高绝缘性；结合力强，防腐蚀。

2、极好的热循环性能，循环次数达5万次，可靠性高。

3、与PCB板(或IMS基片)一样可刻蚀出各种图形的结构；无污染、无公害。

4、使用温度宽-55℃～850℃；热膨胀系数接近硅，简化功率模块的生产工艺。

陶瓷基板优越性

1、陶瓷基板的热膨胀系数接近硅芯片，可节省过渡层Mo片，省工、节材、降低成本；

2、减少焊层，降低热阻，减少空洞，提高成品率；

3、在相同载流量下0.3mm厚的铜箔线宽仅为普通印刷电路板的10%；

4、优良的导热性，使芯片的封装非常紧凑，从而使功率密度大大提高，改善系统和装置的可靠性；

1、超薄型(0.25mm)陶瓷基板可替代BeO，无环保毒性问题；

2、载流量大，100A电流连续通过1mm宽0.3mm厚铜体，温升约17℃；100A电流连续通过2mm宽0.3mm厚铜体，温升仅5℃左右；

3、热阻低，10×10mm陶瓷基板的'热阻0.63mm厚度陶瓷基片的热阻为0.31K/W，0.38mm厚度陶瓷基片的热阻为0.19K/W，0.25mm厚度陶瓷基片的热阻为0.14K/W。

4、绝缘耐压高，保障人身安全和设备的防护能力。

5、可以实现新的封装和组装方法，使产品高度集成，体积缩小。

陶瓷基板性能要求

1、机械性质

陶瓷基板有足够高的机械强度，除搭载元件外，也能作为支持构件使用；加工性好，尺寸精度高；容易实现多层化；表面光滑，无翘曲、弯曲、微裂纹等。

2、电学性质

绝缘电阻及绝缘破坏电压高；介电常数低；介电损耗小；在温度高、湿度大的条件下性能稳定，确保可靠性。

3、热学性质

热导率高；热膨胀系数与相关材料匹配（特别是与Si的热膨胀系数要匹配）；耐热性优良。

4、其它性质

化学稳定性好；容易金属化，电路图形与其附着力强；无吸湿性；耐油、耐化学药品；a射线放出量小；所采用的物质无公害、无毒性；在使用温度范围内晶体结构不变化；原材料丰富；技术成熟；制造容易；价格低。

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陶瓷基板种类

按制造工艺来分

现阶段较普遍的陶瓷散热基板种类共有HTCC、LTCC、DBC、DPC。而DBC与DPC则为国内近几年才开发成熟，且能量产化的专业技术，DBC是利用高温加热将Al2O3与Cu板结合，其技术瓶颈在于不易解决Al2O3与Cu板间微气孔产生之问题，这使得该产品的量产能量与良率受到较大的挑战

而DPC技术则是利用直接镀铜技术，将Cu沉积于Al2O3基板之上，其工艺结合材料与薄膜工艺技术，其产品为近年最普遍使用的陶瓷散热基板。然而其材料控制与工艺技术整合能力要求较高，这使得跨入DPC产业并能稳定生产的技术门槛相对较高。

1、HTCC (High-Temperature Co-fired Ceramic)

HTCC又称为高温共烧多层陶瓷，生产制造过程与LTCC极为相似，主要的差异点在于HTCC的陶瓷粉末并无加入玻璃材质，因此，HTCC的必须再高温1300~1600℃环境下干燥硬化成生胚，接着同样钻上导通孔，以网版印刷技术填孔与印制线路，因其共烧温度较高，使得金属导体材料的选择受限，其主要的材料为熔点较高但导电性却较差的钨、钼、锰…等金属，最后再叠层烧结成型。

2、 LTCC (Low-Temperature Co-fired Ceramic)

LTCC 又称为低温共烧多层陶瓷基板，此技术须先将无机的氧化铝粉与约30%~50%的玻璃材料加上有机黏结剂，使其混合均匀成为泥状的浆料，接着利用刮刀把浆料刮成片状，再经由一道干燥过程将片状浆料形成一片片薄薄的生胚，然后依各层的设计钻导通孔，作为各层讯号的传递

LTCC内部线路则运用网版印刷技术，分别于生胚上做填孔及印制线路，内外电极则可分别使用银、铜、金等金属，最后将各层做叠层动作，放置于850~900℃的烧结炉中烧结成型，即可完成。

3、 DBC (Direct Bonded Copper)

直接敷铜技术是利用铜的含氧共晶液直接将铜敷接在陶瓷上，其基本原理就是敷接过程前或过程中在铜与陶瓷之间引入适量的氧元素，在1065℃~1083℃范围内，铜与氧形成Cu-O共晶液， DBC技术利用该共晶液一方面与陶瓷基板发生化学反应生成 CuAlO2或CuAl2O4相，另一方面浸润铜箔实现陶瓷基板与铜板的结合。

4、 DPC (Direct Plate Copper)

DPC亦称为直接镀铜基板， DPC基板工艺为例：首先将陶瓷基板做前处理清洁，利用薄膜专业制造技术－真空镀膜方式于陶瓷基板上溅镀结合于铜金属复合层，接着以黄光微影之光阻被复曝光、显影、蚀刻、去膜工艺完成线路制作，最后再以电镀/化学镀沉积方式增加线路的厚度，待光阻移除后即完成金属化线路制作。

所有。半导体器件包含三极管、晶闸管、igbt、整流二极管、各型集成电路，几乎所有的家用电器都用半导体，日常生活当中常用的电视机，洗衣机，空调，微波炉，电磁炉，热水器、LED灯，全部使用220伏交流电，都需要把交流进行整流，以及使用芯片控制 *** 作程序。

陶瓷（AL2O3）基板简介

产品简介：

本产品是由贵金属所构成的高传导介质电路与高热传导系数绝缘材料结合而成的高热传导基板。可又效解决PCB与铝基板低导热的问题。达到有效将高热电子元件所产生的热导出，增加元件稳定度及延长使用寿命。

产品特性：

不需要变更原加工程序

优秀机械强度

具良好的导热性

具耐抗侵蚀

具耐抗侵蚀

良好表面特性，优异的平面度与平坦度

抗热震效果佳

低曲翘度

高温环境下稳定性佳

可加工成各种复杂形状

陶瓷（AL2O3）基板与铝基板比较表

陶瓷（AL2O3）基板 铝基板

高传导介378~429W/(m·K）

陶瓷（AL2O3）24~51W/(m·K）

铜箔 390~401W/(m·K）

绝缘体 0.8~2.2W/(m·K）

铝板 210~255W/(m·K）

直接导热 绝缘层阻绝导热

陶瓷（AL2O3）基板与其他厂陶瓷（AL2O3）基板比较表

陶瓷（AL2O3）基板 其他厂陶瓷（AL2O3）基板

高传导介质 378~429W/(m·K）

陶瓷（AL2O3）板 24~51W/(m·K）

铜箔 390~401W/(m·K）

陶瓷（AL2O3）板 24~51W/(m·K）

1.2XX°C-350°C电路正常

2.高温加热锡盘450°C40秒电路正常

3.制作过程不需酸洗，无酸的残留

4.电阻率为1.59x10^-8Ω.m 1.2XX°C-350°C电路剥离或被锡溶解

2.高温加热锡盘450°C40秒电路剥离

3.制作过程需酸洗，会由酸性物质残留，会造成线路氧化及剥离

应用：

LED照明用基板、高功率LED基板

PC散热、IC散热基板、LED电视散热基板

半导体及体集成电路的散热基板

可替代PCB及铝基板

应用实例：

10W LED球灯经红外线热像测温仪检测

点灯时间超过72小时

环境温度28.4°C

内壁温度60°C

点编号 温度 X Y 附注

1 84.57 114 58 全面积最高温

2 84.08 229 119

3 82.27 118 181

4 64.07 168 183

点编号 温度 X Y 附注

1 53.31 117 143 全面积最高温

2 52.78 138 155

3 45.86 166 186

4 51.89 205 159

陶瓷基板与铝基板比较图

陶瓷基板种类及比较：

系统电路板的种类包括：

铝基板（MCPCB)

印刷电路板（PCB）

软式印刷电路板（FPC）

陶瓷基板种类主要有：

高温熔合陶瓷基板（HTFC)

低温共烧多层陶瓷（LTCC)

高温共烧多层陶瓷（HTCC)

直接接合铜基板（DBC）

直接镀铜基板（DPC）

1-1 HTFC（Hight-Temperature Fusion Ceramic)

HTFC 称为高温熔合陶瓷基板，将高温绝缘性及高热传导的AL2O3或AIN陶瓷基板的单面或双面，运用钢板移印技术，将高传导介质材料印制成线路，放置于850~950°C的烧结炉中烧结成型，即可完成。

2-1 LTCC（Low-Temperature Co-fired Ceramic)

LTCC 又称为低温共烧多层陶瓷基板，此技术须先将无机的氧化铝粉与越30%~50%的玻璃材料加上有机粘结剂，使其混合均匀称为为泥装的浆料，接着利用刮刀把浆料刮成片状，再经由一道干燥过程将片状浆料形成一片片薄薄的生胚，然后依各层的设计钻导通孔，作为各层讯号的传递，LTCC内部线路则运用网版印刷技术，分别于生胚上做填孔及印制线路，内外电极则可分别使用银、铜、金等金属，最后将各层做叠层动作，放置于850~900°C的烧结炉中烧结成型，即可完成。

3-1 HTCC（Hight-Temperature Co-fired Ceramic)

HTCC 又称为高温共烧多层陶瓷，生产制造过程与LTCC极为相似，主要的差异点在于HTCC的陶瓷粉末并无玻璃材质，因此，HTCC必须在高温1200~1600°C环境下干燥硬化成生胚，接着同样钻上导通孔，以网版印刷技术填孔于印制线路，因其共烧温度较高，使得金属导体材料的选择受限，其主要的材料为熔点较高但导电性却较差的钨、钼、锰…等金属，最后再叠层烧结成型。

4-1 DBC（Direct Bonded Copper)

DBC 直接接合铜基板，将高绝缘性的AL2O3或AIN陶瓷基板的单面或双面覆上铜金属后，经由高温1065~1085°C的环境加热，使铜金属因高温氧化，扩撒与AL2O3材质产生（Eutectic）共晶熔体，是铜金属陶瓷基板粘合，形陶瓷复合金属基板，最后依据线路设计，以蚀刻方式备至线路。

5-1 DPC（Direct Plate Copper)

DPC 也称为直接镀铜基板，先将陶瓷基板做前处理清洁，利用薄膜专业制造技术—真空镀膜方式于陶瓷基板上溅镀于铜金属复合层，接着以黄光微影的光阻被覆曝光，显影，蚀刻，去膜制程完成线路制作，最后再以电镀/化学镀沉积方式增加线路的厚度，待光阻移除后即完成金属化线路制作。

陶瓷导热基板特性

在了解陶瓷散热基板的制造方法后，接下来将进一步的探讨各个散热基板的热性具有哪有差异，而各项特性又分别代表了什么样的意义，为何会影响散热基板在应用时必须作为考量的重点，以下表一 陶瓷导热基板特性比较中，本文取了导热基板的：（1）热传导率、（2）制程温度、（3）线路制作方法、（4）线径宽度、（5）制作线路是否需要酸洗或蚀刻、（6）陶瓷基板是否会残留酸、（7）焊点加工温度、（8）线路工作环境温度，八项特性作进一步的讨论：

表一、陶瓷导热板特性比较

Item HTFC LTCC HTCC DBC DPC

热传导系数

（W/mK） AL2O3：20~51（W/mK）

AIN:170~220（W/mK） 2~3（W/mK） 16~17（W/mK） AL2O3:20~51（W/mK）

AIN:170~220（W/mK） AL2O3:20~51（W/mK）

AIN"170~220（W/mK）

*** 作环境温度 850~950°C 850~900°C 1300~1600°C 1065~1085°C 250~350°C

线路制作方式 薄膜印刷 厚膜印刷 厚膜印刷 微影制程 微影制程

线径宽度 150um 150um 150um 150um 10~50um

酸洗蚀刻 不需要 不需要 不需要 需要 需要

残留酸 无 无 无 有（会侵蚀线路） 有（会侵蚀线路）

焊点加工 450°C/40秒线路正常 2XX°C~450°C/3~5秒线路剥离或被锡溶解（不可烙铁加工）

线路工作环境温度 800°C线路表面轻微碳化仍可正常运作 800°C线路完全剥离或完全碳化无法运作

热传导率

热传导率又称为热导率，它代表了基板材料本身直接传导热能的一种能力，数值越高代表其导热能力越好。LED导热基板最主要的作用就是在于，如何有效的将热能从LED晶粒传导到散热系统，以降低LED晶粒的温度，增加发光效率与延长LED寿命，因此，导热基板热传导效果的优劣就将成为业界在选用导热基板时重要的评估项目之一。检视表一，由把重陶瓷散热基板的比较可明显看出，虽然AL2O3材料的热传导率约在20~51（W/mK）之间，LTCC为降低其烧结温度而添加了30%~50%的玻璃材料，使其热传导率降至20~51（W/mK）左右；而HTCC因其普通共烧温度略低于纯AL2O3基板的烧结温度，而使其因材料密度较低使得热传导系数低于AL2O3基板约在16~17（W/mK）之间。一般来说，LTCC与HTCC导热效果并不如HTFC、DBC、DPC导热基板理想

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