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作者:江志宏

陶瓷基板 (Ceramic PCB, Ceramic Substrate)


 

说明:陶瓷基板为电路板的一种,与传统FR-4或铝基板不同的是,其具有与半导体接近的热膨胀系数及高耐热能力,适用于具备高发热量的产品(高亮度LED、太阳能),其优异的耐候特性更可适用于较恶劣之户外环境。

 
主要应用产品:高功率LED载板、LED车灯、LED路灯、太阳能inverter
       
   

LED路灯

 

太阳能inverter

 

陶瓷基板特色:
结构:优秀机械强度、低曲翘度、热膨胀系数接近硅晶圆(氮化铝)、高硬度、加工性好、尺寸精度高
气候:适用高温高湿环境、热导率高、耐热性佳、耐腐蚀与磨耗、抗UV&黄化
化学:无铅、无毒、化学稳定性好
电性:高绝缘电阻、容易金属化、电路图形与之附着力强
市场:材料丰富(陶土、铝) 、制造容易、价格低

PCB材料热特性比较(传导率):
玻璃纤维基板(传统PCB):0.5W/mK、铝基板:1~2.2W/mK、陶瓷基板:24[氧化铝]~170[氮化铝]W/mK

材料热传导系数(单位W/mK):
树酯:0.5、氧化铝:20-40、碳化硅:160、铝:170、氮化铝:220、铜:380、钻石:600

陶瓷基板制程分类:
依线路陶瓷基板制程分为:薄膜、厚膜、低温共烧多层陶瓷(LTCC)
薄膜制程(DPC):精确控制组件线路设计(线宽与膜厚)
厚膜制程(Thick film):提供散热途径与耐候条件
低温共烧多层陶瓷(HTCC):利用玻璃陶瓷具低烧结温度,可和低熔点、高导电性贵重金属共烧的特性,实现多层陶瓷基板)和构装。
低温共烧多层陶瓷(LTCC):堆栈数个陶瓷基板并嵌入被动组件以及其它IC

薄膜陶瓷基板制程:
.前处理→溅镀→光阻披覆→曝光显影→线路电镀→去膜
.迭片→热压→脱脂→基片烧成→形成电路图形→电路烧成
.迭片→表面印刷电路图形→热压→脱脂→共烧
.印刷电路图形→迭层→热压→脱脂→共烧

陶瓷基板厚膜与薄膜线路差异:

薄膜与厚膜制程产品之差异分析:

 

薄膜制程

厚膜制程

线路精准度

精准度较高问差低于±1%

以印刷方式成形误差值较高±10%

镀层材料

材料稳定度较高

易受浆料均匀性影响

镀层表面

表面平整度高

平整度低误差值约1~3um

设备维护

维护较不易,费用较高

生产设备维护较为简易

镀层附着性

无须高温烧结,不会有氧化物生成,附着性佳

附着性受基板材料影响AIN基板尤差

线路位置

使用曝光显影,相对位置精准度高

受网版张力及印刷次数影响,相对位置精准度低

表面电镀材料分为:氧化铝(Al203)、氮化铝(AIN)、氧化镀(BeO)

氮化铝与氧化铝特性比较:
氧化铝:材料取得容易、成本较低、制程较简单、热传导系数较差
氮化铝:材料取得不易、成本较高、制程较难、热传导系数较佳

        热传导

弯曲强度

热膨胀

介电常数

介电击穿电压

氮化铝与氧化铝导热性比较:

陶瓷基板可靠度试验条件:
陶瓷基板高温操作:
85℃
陶瓷基板低温操作:-40℃
陶瓷基板冷热冲击
1.  155℃(15min)←→-55℃(15min)/300cycle     2.  85℃(30min)←→-40℃(30min)/RAMP:10min(12.5℃/min)/5cycle
陶瓷基板附着力:以3M#600之胶带密贴于板面,30秒后与板面成90°方向速撕,不得脱落。
陶瓷基板红墨水实验:煮沸一小时,不可渗透

陶瓷基板专有名词:
三氧化二铝(Al2O3)
氮化铝(AlN)
陶瓷基板(Ceramic PCB , Ceramic Substrate , Ceramic circuit board)
芯片(chip)
薄膜陶瓷:COB (Chip On Board)
晶粒(Die)
薄膜制程(DPC)
蒸镀(Evaporation)
LED载板(LED Lighting Board)
低温共烧层陶瓷(LTCC)
绝缘层(Polymer)
厚膜制程(Thick film)
打线(Wire bonding)
溅镀(Sputtering)
散热基板(Submount)

 

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