陶瓷基板工藝簡(jiǎn)介

陶瓷基板由陶瓷基片和布線金屬層兩部分組成，金屬布線是通過在陶瓷基片上濺射、蒸發(fā)沉積或印刷各種金屬材料來(lái)制備薄膜和厚膜電路。

在電子陶瓷封裝中，陶瓷基板除了為電路和芯片提供結(jié)構(gòu)支撐和電氣互連，還必須為其提供良好的熱處理以確保正常工作。

陶瓷基板主要有平面陶瓷基板及多層陶瓷基板。陶瓷基板按照工藝分為DPC、DBC、AMB、LTCC、HTCC等基板。目前，國(guó)內(nèi)常用陶瓷基板材料主要為Al2O3、AlN和Si3N4。Al2O3陶瓷基板主要采用DBC工藝，AlN陶瓷基板主要采用DBC和AMB工藝，Si3N4陶瓷基板更多采用AMB工藝。

1、平面陶瓷基板

根據(jù)不同工藝主要分為：薄膜陶瓷基板、厚膜印刷陶瓷基板、陶瓷覆銅基板(直接鍵合銅(DBC)陶瓷基板、活性金屬焊接陶瓷基板、直接電鍍銅陶瓷基板和激光活化金屬陶瓷基板等。

1.1 薄膜陶瓷基板

利用磁控濺射、真空蒸鍍和電化學(xué)沉積等工藝在陶瓷基板表面形成金屬層，然后通過掩膜和刻蝕等工藝形成特定的金屬圖形。該工藝具有工作溫度低、布線精度高、金屬層厚度可控以及金屬陶瓷間結(jié)合強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。用于薄膜工藝的常用陶瓷基片材料主要有Al2O3、AlN和BeO等。薄膜陶瓷基板主要應(yīng)用于電流小、尺寸小、散熱要求高、布線精度要求高的器件封裝。

1.2 厚膜印刷陶瓷基板

采用絲網(wǎng)印刷工藝印刷金屬布線層，廣泛應(yīng)用于共燒陶瓷基板的制備。由于絲網(wǎng)印刷工藝精度有限，印刷電路圖形的精度受到限制。此外，為了降低燒結(jié)溫度，提高金屬層與陶瓷基片結(jié)合強(qiáng)度，通常在金屬漿料中添加少量玻璃相，這會(huì)不可避免地降低金屬布線層的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率。因此厚膜印刷陶瓷基板僅應(yīng)用于對(duì)線路精度要求不高的電子器件封裝。

1.3 陶瓷覆銅基板

是在陶瓷基片上通過不同工藝實(shí)現(xiàn)銅板和陶瓷基片的鍵合，從而獲得一種兼具陶瓷和金屬銅優(yōu)點(diǎn)的復(fù)合金屬陶瓷基板，同時(shí)具有優(yōu)異的熱性能、電性能以及易裝配等特點(diǎn)。陶瓷覆銅板可通過刻蝕形成各種布線電路，廣泛應(yīng)用于功率模塊封裝中。陶瓷覆銅基板工藝主要有DBC法、活性金屬焊接(AMB)法、直接電鍍銅(DPC)法和激光活化金屬(LAM)法等

1.3.1 DBC陶瓷基板

是在1000℃以上的高溫條件下，在含氧的氮?dú)庵屑訜?，使銅箔和陶瓷基板通過共晶鍵合的方式牢固結(jié)合在一起，其鍵合強(qiáng)度高且具有良好的導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性。

1.3.2 AMB陶瓷基板

AMB是DBC工藝的進(jìn)一步發(fā)展，該工藝通過含有少量稀土元素的焊料來(lái)實(shí)現(xiàn)陶瓷基板與銅箔的連接，其鍵合強(qiáng)度高、可靠性好。該工藝相較于DBC工藝鍵合溫度低、易操作。

1.3.3 DPC陶瓷基板

利用激光在陶瓷基片上打孔，采用半導(dǎo)體工藝在陶瓷基片上沉積Cu種子層，而后通過電鍍工藝填孔，增厚金屬層，該工藝具有電路精度高且制備溫度低的特點(diǎn)。此外，該工藝還可實(shí)現(xiàn)陶瓷基板的垂直互連從而提高封裝密度。

1.3.4 LAM陶瓷基板

通過激光束加熱活化需要金屬化的陶瓷基板表面，然后通過電鍍或化學(xué)鍍形成金屬化布線。該工藝也可應(yīng)用于三維立體陶瓷。采用激光活化陶瓷技術(shù)，因而具有較高的布線精度，而且金屬層與陶瓷基片結(jié)合強(qiáng)度高，線路層表面平整。目前主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。

2 多層陶瓷基板

電子器件及電路向著互連密度高和應(yīng)用環(huán)境多樣化發(fā)展，常規(guī)的平面陶瓷基板開始面臨應(yīng)用的局限性，為了滿足這些要求，電子陶瓷基板技術(shù)開始向著高互連密度發(fā)展。高密度互連陶瓷基片技術(shù)主要有:厚膜多層(TFM)技術(shù)、高溫共燒陶瓷(HTCC)技術(shù)和低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)。

2.1 TFM

在單體陶瓷基板表面上通過多次厚膜印刷和燒結(jié)工藝(或薄膜濺射與刻蝕工藝)來(lái)實(shí)現(xiàn)多層互連的陶瓷基板技術(shù)。該工藝通過多次印刷陶瓷漿料和金屬漿料形成腔體，然而由于每次印刷陶瓷漿料厚度、印刷層數(shù)和印刷對(duì)位精度有限，陶瓷基板腔體厚度必然受到限制，該工藝適用于小體積、低互連密度且對(duì)精度要求不高的電子器件封裝。

2.2 HTCC

當(dāng)前HTCC領(lǐng)域市場(chǎng)占有率最高的主要是日本京瓷和NTK等公司的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)發(fā)展較好的主要有中電13所、55所、43所、佳利電子、寧夏艾森達(dá)新材等。

2.3 LTCC

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