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。

自美国贝尔实验室提出固态成像器件概念后，固体图像传感器便得到了迅速发展，成为传感技术中的一个重要分支。

图像传感器近期更是成为市场上不容忽视的焦点，形成了半导体行业最炙手可热的领域之一。目前CCD图像传感器和COMS图像传感器(CIS)是被普遍采用的两种图像传感器。

CCD图像传感器是通过将光学信号转换为数字电信号来实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。光学信号转化为数字信号由CCD感光片完成。CCD感光片由三部分组成，即镜片，彩色滤镜和感应电路，大致的形状和运作方式已经定型。

CMOS图像传感器(CIS)是模拟电路和数字电路的集成。主要由四个组件构成：微透镜、 彩色滤光片(CF)、光电二极管(PD)、像素设计。 CMOS图像传感器通常由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成这几部分通常都被集成在同一块硅片上。其工作过程一般可分为复位、光电转换、积分、读出几部分。

据MarketsandMarkets称，因CCD具有更高的分辨率和光敏性，因此传统上占据了最大的市场份额。但就目前市场而言，CIS因其成本效益、快速处理速度和低功耗等特性而广受大众关注且认为其最有发展潜力的。因其尺寸小、功率低、易集成、帧速率更快和制造成本更低等自身优势，预计将占领市场的主导地位。

受益于ADAS及自动驾驶的需求拉动，汽车 CIS 市场趋势也是不容小觑。大数据表明未来 5 年汽车 CIS 市场将保持20%的年均复合增速，市场规模有望从2019年9亿美元快速成长至 2023的19 亿美元，增速高于其他 CIS 细分市场。而根据Yole 数据，2018年全球汽车搭载2颗及以上CIS的汽车渗透率仅为 34%，2021年该数值有望成长至 60%，单车搭载的摄像头颗数将快速提升。而目前汽车CIS市场是由安森美作为主力军的，2018 年在全球车用 CIS 领域的市占率达到 62%，而豪威在汽车CIS市场紧随其后，市占率为 20%。虽然索尼在全球 CIS 市场占据绝对领导地位，但由于汽车厂商对 CIS 的要求不同于手机，耐高温、防撞等可靠性指标是主要衡量标准，同时车厂的验证时间也较长，在汽车领域安森美和豪威比索尼略有优势。

一、CIS行业整体情况

谈到CIS市场就不能不提到龙头—索尼，2018年索尼市占率达到51%，三星与豪威分列二、三位，市占率分别为20%、10%，前三名合计市场份额达到81%，市场份额集中度较高。细分市场来看，2018年智能手机 CIS 龙头仍为索尼，市占率达到 54%，得益于三星在全球智能手机市场的领先地位，三星电子智能手机用 CIS 市占率达到 22%，豪威则市占率达到 11%。

安防市场市占率则较为分散，2018 年索尼、豪威、三星位居前三，SK 海力士、松下、格科微等厂商也具备一定竞争力。 

二、CIS市场需求量

2020年，随着上游晶圆的产能愈发紧张，CIS芯片的供货缺口也进一步加大。根据市场数据不难发现，CIS严重存在供应不求：5M及以下的CIS出现了两次大规模涨价，而涨价的厂商大都分布在我国大陆地区，其中，格科微的缺货情况尤为明显，为缓解压力，格科微不得不在短期内两次上调产品价格，整体涨幅至今已接近40%。此外，思比科、比亚迪等多家CIS芯片厂商同样有调价 *** 作。CIS出现缺货主要是需求爆发而产能不足，贸易战下，多数晶圆厂的产能优先提供给大客户，小客户的单被砍掉后相关芯片自然就缺货了。而需求的快速增长主要来源于多摄像头在智能手机市场的普及率大幅度提升，并扩散至中低端机型，造成市场对中低端CIS产品需求增加。除智能手机外，汽车电子、安防监控等终端产品摄像头数量成倍增加也是CIS市场的需求快速增长的原因之一。

根据市调机构IC Insights统计，2019年CIS全球出货量达到61亿颗，销售额估较2018年成长9％、至155亿美元，可望连续八年刷新纪录，今年可望成长4％、到161亿美元，此趋势将延续至2023年有望突破95亿颗形式。目前CIS最大终端应用在智能手机，但从成长性来看，汽车领域爆发力最强，至2023年销售额年复合成长率（CAGR）估达到29.7％、上看32亿美元；占整体CIS比重达15％。

三、CIS与CCD工作原理

有人就会疑惑CIS市场真的像这些数据表现的如此优越吗？那么我们就需要先去了解其基本工作原理：我们把接收到的光当做密集的雨点，把像素点比作水桶。CCD上的“水桶”按列平行排布，每一列再逐列传给转移桶(信号读取)，然后将数据一起打包放大输出(数据传输)，完成数据转换。而CIS上的“水桶”则是同时运作接收“雨滴”，即同时接收并读取光信号，并且每个像素点单独配置了信号放大器，能直接将电信号直接传输给电路板。

四、CIS与CCD差异区别

所谓：“尺有所短，寸有所长。”CIS也是如此，CIS与CCD确实相比有很多突出的特点，如体积小、功耗低、成本低，但CIS仍然面临一些不可以避免的问题，如散热性、分辨率、灵敏度、信噪比等。

CIS与CCD光信号采集方式不同，CCD采取的是被动式，而CIS则采用的是主动式，感光二极管所产生的电荷会直接由晶体管放大输出。CIS在处理快速变化的影像时，电流会频繁变化并且流量增大从而导致其过热。这个问题也是CIS供应商一直以来所考虑的，所以对IC封装材料的选择上更是精心筛选。而在一众IC封装材料中，陶瓷电路板因其自身的载流量大符合CIS电流量要求就已领先一步，再者陶瓷本身材质散热性好、与其匹配的热膨胀系数的优势更是很好解决了CIS电路频繁变化而导致的过热的问题并且可以使其保持恒温状态。

由于CIS每个像素包含了放大器与A/D转换电路，过多的额外设备压缩单一像素的感光区域的表面积，以致于CIS的灵敏度较低，CIS供应商一直在为减小像素间距而努力。只有图像传感器的像素越多，分辨率也越高。

但是，随着像素间距尺寸与光的波长越来越接近，像素缩小变得越来越困难。豪威科技（OmniVision）工艺工程负责人Lindsay Grant表示：“现在研发团队必须找到新方法来避免灵敏度降低和传感器的串扰增加。”而另一种趋势则是CMOS图像传感器的像素大小保持不变，改进方向从减少像素尺寸转向提高图像质量。

不论是减小像素间距还是减少像素尺寸，都无疑是在说明会对该集成电路精密度会越来越高，这就意味着该器件的集成度要高，运行速度要快、性能要好，物联网系统中传感器精密对于系统在布置时也意味着更加方便、性能更优。但与此同时，对硬件的要求也就随之提升，其中的核心就是传感器芯片了，市场上的普通PCB远远不能满足CIS的要求，而陶瓷电路板却有着可进行高密度组装，线/间距(L/S)分辨率可以达到20μm优势，从而实现设备的集成化、微型化，达到CIS的要求。

CIS的信噪声也是一直以来让其供应商大感头疼的，相较于CIS而言,CCD芯片的衬底偏压稳定性更好且芯片上的电路更少，所以拥有更显着的低噪优势，甚至达到无固定模式噪声的水平。CIS成像器件集成度高，各光电元件、电路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰严重，噪声对图像质量影响很大。

CIS器件集成度高也是其优势所在，所以从芯片的稳定性上寻找方法更为合适。而陶瓷电路板采取DPC薄膜技术，利用磁控溅射的工艺将铜与陶瓷基板相结合起来，所以陶瓷电路板的金属的结晶性能好，平整度好、线路不易脱落并具有可靠性稳定的性能，能够很好的减少CIS噪声从而降低对于图像质量的影响。

斯利通陶瓷电路板除上述优势外，就其导电层可根据电路模块需要设计任意电流，即铜层越厚，可以通过的电流越大，斯利通陶瓷基板的厚度是可以在1μm～1mm内任意定制，可以与CIS需求导电层高精准匹配。

陶瓷电路板更具有三维基板、三维布线，抗腐蚀性好，使用寿命长等独有优势，更有助于CIS的性能、特点巩固加强。据市场调查分析，陶瓷电路板早已在发达国家中广泛应用，陶瓷电路板以其绝对的优势成为了世界级传感器厂商的掌上明珠。

五、CIS未来可期

目前，CIS正朝着高分辨率、高动态范围、高灵敏度、高帧速、集成化、数字化、智能化的方向发展。不可否认，CIS有着不可抗拒的广阔的市场以及良好的发展前景。

未来新兴市场对CIS的需求，同样也是中国CIS厂商发展的新机会。

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