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。

陶瓷基板是干什么用的1

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。

陶瓷基板是干什么用的2

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。

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

各种半导体封装形式的特点和优点:

DIP双列直插式封装

DIP(DualIn－line Package)是指采用双列直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路(IC)均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100个。采用DIP封装的CPU芯片有两排引脚，需要插入到具有DIP结构的芯片插座上。当然，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。DIP封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心，以免损坏引脚。

DIP封装具有以下特点：

1.适合在PCB(印刷电路板)上穿孔焊接， *** 作方便。

2.芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大。

Intel系列CPU中8088就采用这种封装形式，缓存(Cache)和早期的内存芯片也是这种封装形式。

BGA球栅阵列封装

随着集成电路技术的发展，对集成电路的封装要求更加严格。这是因为封装技术关系到产品的功能性，当IC的频率超过100MHz时，传统封装方式可能会产生所谓的“CrossTalk”现象，而且当IC的管脚数大于208 Pin时，传统的封装方式有其困难度。因此，除使用QFP封装方式外，现今大多数的高脚数芯片（如图形芯片与芯片组等）皆转而使用BGA(Ball Grid Array Package)封装技术。BGA一出现便成为CPU、主板上南/北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。

BGA封装技术又可详分为五大类：1.PBGA（Plasric BGA）基板：一般为2-4层有机材料构成的多层板。Intel系列CPU中，Pentium II、III、IV处理器均采用这种封装形式。

2.CBGA（CeramicBGA）基板：即陶瓷基板，芯片与基板间的电气连接通常采用倒装芯片（FlipChip，简称FC）的安装方式。Intel系列CPU中，Pentium I、II、Pentium Pro处理器均采用过这种封装形式。

3.FCBGA（FilpChipBGA）基板：硬质多层基板。

4.TBGA（TapeBGA）基板：基板为带状软质的1-2层PCB电路板。

5.CDPBGA（Carity Down PBGA）基板：指封装中央有方型低陷的芯片区（又称空腔区）。

BGA封装具有以下特点：

1.I/O引脚数虽然增多，但引脚之间的距离远大于QFP封装方式，提高了成品率。

2.虽然BGA的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善电热性能。

3.信号传输延迟小，适应频率大大提高。

4.组装可用共面焊接，可靠性大大提高。

BGA封装方式经过十多年的发展已经进入实用化阶段。1987年，日本西铁城（Citizen）公司开始着手研制塑封球栅面阵列封装的芯片（即BGA）。而后，摩托罗拉、康柏等公司也随即加入到开发BGA的行列。1993年，摩托罗拉率先将BGA应用于移动电话。同年，康柏公司也在工作站、PC电脑上加以应用。直到五六年前，Intel公司在电脑CPU中（即奔腾II、奔腾III、奔腾IV等），以及芯片组（如i850）中开始使用BGA，这对BGA应用领域扩展发挥了推波助澜的作用。BGA已成为极其热门的IC封装技术，其全球市场规模在2000年为12亿块，预计2005年市场需求将比2000年有70%以上幅度的增长。

QFP塑料方型扁平式封装和PFP塑料扁平组件式封装

QFP（Plastic Quad Flat Package）封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大型集成电路都采用这种封装形式，其引脚数一般在100个以上。用这种形式封装的芯片必须采用SMD（表面安装设备技术）将芯片与主板焊接起来。采用SMD安装的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊点。将芯片各脚对准相应的焊点，即可实现与主板的焊接。用这种方法焊上去的芯片，如果不用专用工具是很难拆卸下来的。

PFP（Plastic Flat Package）方式封装的芯片与QFP方式基本相同。唯一的区别是QFP一般为正方形，而PFP既可以是正方形，也可以是长方形。

QFP/PFP封装具有以下特点：

1.适用于SMD表面安装技术在PCB电路板上安装布线。

2.适合高频使用。

3. *** 作方便，可靠性高。

4.芯片面积与封装面积之间的比值较小。

Intel系列CPU中80286、80386和某些486主板采用这种封装形式。

PGA插针网格阵列封装

PGA(Pin Grid Array Package)芯片封装形式在芯片的内外有多个方阵形的插针，每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列。根据引脚数目的多少，可以围成2-5圈。安装时，将芯片插入专门的PGA插座。为使CPU能够更方便地安装和拆卸，从486芯片开始，出现一种名为ZIF的CPU插座，专门用来满足PGA封装的CPU在安装和拆卸上的要求。

ZIF(Zero Insertion Force Socket)是指零插拔力的插座。把这种插座上的扳手轻轻抬起，CPU就可很容易、轻松地插入插座中。然后将扳手压回原处，利用插座本身的特殊结构生成的挤压力，将CPU的引脚与插座牢牢地接触，绝对不存在接触不良的问题。而拆卸CPU芯片只需将插座的扳手轻轻抬起，则压力解除，CPU芯片即可轻松取出。

PGA封装具有以下特点：1.插拔 *** 作更方便，可靠性高。

2.可适应更高的频率。

Intel系列CPU中，80486和Pentium、Pentium Pro均采用这种封装形式。

MCM多芯片模块

为解决单一芯片集成度低和功能不够完善的问题，把多个高集成度、高性能、高可靠性的芯片，在高密度多层互联基板上用SMD技术组成多种多样的电子模块系统，从而出现MCM(Multi Chip Model)多芯片模块系统。

MCM具有以下特点：

1.封装延迟时间缩小，易于实现模块高速化。

2.缩小整机/模块的封装尺寸和重量。

3.系统可靠性大大提高。

总之，由于CPU和其他超大型集成电路在不断发展，集成电路的封装形式也不断作出相应的调整变化，而封装形式的进步又将反过来促进芯片技术向前发展。

CSP芯片尺寸封装

随着全球电子产品个性化、轻巧化的需求蔚为风潮，封装技术已进步到CSP(Chip Size Package)。它减小了芯片封装外形的尺寸，做到裸芯片尺寸有多大，封装尺寸就有多大。即封装后的IC尺寸边长不大于芯片的1.2倍，IC面积只比晶粒（Die）大不超过1.4倍。

CSP封装又可分为四类：

1.Lead Frame Type(传统导线架形式)，代表厂商有富士通、曰立、Rohm、高士达（Goldstar）等等。

2.Rigid Interposer Type(硬质内插板型)，代表厂商有摩托罗拉、索尼、东芝、松下等等。

3.Flexible Interposer Type(软质内插板型)，其中最有名的是Tessera公司的microBGA，CTS的sim-BGA也采用相同的原理。其他代表厂商包括通用电气（GE）和NEC。

4.Wafer Level Package(晶圆尺寸封装)：有别于传统的单一芯片封装方式，WLCSP是将整片晶圆切割为一颗颗的单一芯片，它号称是封装技术的未来主流，已投入研发的厂商包括FCT、Aptos、卡西欧、EPIC、富士通、三菱电子等。

CSP封装具有以下特点：

1.满足了芯片I/O引脚不断增加的需要。

2.芯片面积与封装面积之间的比值很小。

3.极大地缩短延迟时间。

CSP封装适用于脚数少的IC，如内存条和便携电子产品。未来则将大量应用在信息家电（IA）、数字电视（DTV）、电子书（E-Book）、无线网络WLAN/GigabitEthemet、ADSL/手机芯片、蓝芽（Bluetooth）等新兴产品中。

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