陶瓷基板 (Ceramic PCB, Ceramic Substrate)
作者:江志宏
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係数及高耐热能力，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
陶瓷基板特色：
结构：优秀机械强度、低曲翘度、热膨胀係数接近硅晶圆(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) 、製造容易、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
材料热传导係数(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、鑽石：600
陶瓷基板製程分类：
依线路陶瓷基板製程分为：薄膜、厚膜、低温共烧多层陶瓷(LTCC)
薄膜製程(DPC)：精确控制元件线路设计(线宽与膜厚)
厚膜製程(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)：堆叠数个陶瓷基板并嵌入被动元件以及其他IC
薄膜陶瓷基板製程：
‧前处理→溅镀→光阻披覆→曝光显影→线路电镀→去膜
‧叠片→热压→脱脂→基片烧成→形成电路图形→电路烧成
‧叠片→表面印刷电路图形→热压→脱脂→共烧
‧印刷电路图形→叠层→热压→脱脂→共烧
陶瓷基板厚膜与薄膜线路差异：
薄膜与厚膜製程产品之差异分析：
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薄膜製程
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厚膜製程
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线路精准度
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精准度较高问差低于±1%
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以印刷方式成形误差值较高±10%
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镀层材料
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材料稳定度较高
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易受浆料均匀性影响
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镀层表面
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表面平整度高
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平整度低误差值约1～3um
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设备维护
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维护较不易，费用较高
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生产设备维护较为简易
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镀层附着性
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无须高温烧结，不会有氧化物生成，附着性佳
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附着性受基板材料影响AIN基板尤差
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线路位置
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使用曝光显影，相对位置精准度高
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受网版张力及印刷次数影响，相对位置精准度低
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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、製程较简单、热传导係数较差
氮化铝：材料取得不易、成本较高、製程较难、热传导係数较佳
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
氮化铝与氧化铝导热性比较：
三氧化二铝(Al2O3)
氮化铝(AlN)
陶瓷基板(Ceramic PCB , Ceramic Substrate , Ceramic circuit board)
晶片(chip)
薄膜陶瓷：COB (Chip On Board)
晶粒(Die)
薄膜製程(DPC)
蒸镀(Evaporation)
LED载板(LED Lighting Board)
低温共烧层陶瓷(LTCC)
绝缘层(Polymer)
厚膜製程(Thick film)
打线(Wire bonding)
溅镀(Sputtering)
散热基板(Submount)
