电子封装用陶瓷基板材料及其制备工艺
陶瓷基板dbc工艺

陶瓷基板dbc工艺陶瓷基板DBC工艺陶瓷基板DBC工艺是一种常用于电力电子器件中的封装技术。
DBC (Direct Bonded Copper)指的是将铜箔直接键合在陶瓷基板上,形成一个紧密结合的复合材料。
该工艺具有很高的导热性能和电绝缘性能,被广泛应用于功率模块、IGBT模块等电力电子器件中。
DBC工艺的核心是将铜箔与陶瓷基板进行键合。
这一步骤是通过在陶瓷基板上涂覆一层金属粘合剂,然后将铜箔放置在粘合剂上,经过高温高压处理,使得铜箔与陶瓷基板紧密结合。
这样的键合方式能够确保电力器件在高电压和高温环境下的可靠性和稳定性。
DBC工艺还包括了陶瓷基板的加工和表面处理。
陶瓷基板通常采用氧化铝陶瓷(Al2O3)或氮化铝陶瓷(AlN),具有良好的绝缘性能和导热性能。
在加工过程中,需要通过磨削、冲孔、抛光等工艺,将陶瓷基板加工成所需的形状和尺寸。
同时,还需要对基板进行表面处理,以提高与铜箔的键合效果。
DBC工艺还涉及到导线的制作和封装的完成。
导线是将电子器件的芯片与外部电路连接的关键部件,通常使用铜箔或银浆进行制作。
在DBC工艺中,导线的制作是通过在铜箔上附加一层导线粘合剂,然后通过高温烧结或电镀等工艺,将导线固定在铜箔上。
最后,将芯片和其他器件组装在陶瓷基板上,并进行封装,以保护芯片和电路。
陶瓷基板DBC工艺具有很多优点。
首先,它具有优异的导热性能,能够有效地将电子器件产生的热量传导出去,提高器件的工作效率和可靠性。
其次,DBC工艺还具有良好的电绝缘性能,能够有效地防止电子器件之间的漏电和短路现象。
此外,DBC工艺还可以实现器件的高密度集成和小型化,提高器件的功率密度和性能。
陶瓷基板DBC工艺是一种重要的电力电子器件封装技术。
它通过将铜箔直接键合在陶瓷基板上,形成一个紧密结合的复合材料,提供了良好的导热性能和电绝缘性能。
该工艺具有很多优点,被广泛应用于功率模块、IGBT模块等电力电子器件中。
未来,随着电力电子技术的不断发展,陶瓷基板DBC工艺将会得到更广泛的应用和推广。
tfc薄膜陶瓷基板工艺流程

tfc薄膜陶瓷基板工艺流程TFC薄膜陶瓷基板工艺流程一、引言TFC薄膜陶瓷基板(Thin Film Ceramic Substrate)是一种常用于电子元器件封装的高性能基板材料。
其具有优异的导热性、绝缘性和机械强度,广泛应用于各种高功率电子器件和射频模块中。
本文将介绍TFC薄膜陶瓷基板的工艺流程。
二、工艺流程1. 基板选材:TFC薄膜陶瓷基板的选材非常重要,常用的材料有铝氧化物(Al2O3)、氮化铝(AlN)等。
根据具体需求,选择合适的基板材料并进行切割成特定尺寸。
2. 清洗处理:将切割好的基板进行清洗处理,去除表面的污垢和杂质,保证基板表面的洁净度。
3. 粘接剂涂布:使用特定的粘接剂将基板固定在加工工作台上,确保基板的稳定性。
4. 印刷:将需要的电路图案通过丝网印刷技术转移到基板上。
这一步骤涉及到印刷油墨的选择、印刷设备的运行参数等。
5. 烘烤:将印刷好的基板放入烘烤炉中进行烘烤,使印刷的电路图案在高温下固化,确保图案牢固附着在基板表面。
6. 电镀:通过电化学反应,在已印刷好的电路图案上进行金属电镀,增加电路导电性能。
常用的电镀方法有电镀铜、电镀镍等。
7. 钻孔:根据设计要求,在基板上钻孔,为后续的元器件焊接和组装留下接触点。
8. 焊接:将需要的电子元器件通过焊接技术固定在基板上。
常见的焊接方法有表面贴装技术(SMT)和插装技术(THT)。
9. 绝缘处理:为了增加基板的绝缘性能,可以在基板表面进行绝缘处理。
常用的绝缘材料有环氧树脂等。
10. 测试与质检:对已完成的TFC薄膜陶瓷基板进行测试与质检,确保电路连接的可靠性和性能指标的符合要求。
11. 包装与出厂:经过测试合格的TFC薄膜陶瓷基板进行包装,并准备出厂。
包装方式可以根据具体需求选择,常见的有真空包装、防静电包装等。
三、结论TFC薄膜陶瓷基板的工艺流程包括基板选材、清洗处理、粘接剂涂布、印刷、烘烤、电镀、钻孔、焊接、绝缘处理、测试与质检以及包装与出厂等环节。
陶瓷基板芯片封装的流程

陶瓷基板芯片封装的流程陶瓷基板芯片封装是一种常见的封装方式,它主要应用于电子产品中。
本文将介绍陶瓷基板芯片封装的流程,并对每个步骤进行详细解析。
一、设计阶段:在陶瓷基板芯片封装的流程中,设计是一个非常重要的步骤。
设计人员需要根据产品的需求和规格,确定芯片封装的布局、排线、引脚位置等。
设计人员还需要考虑到电磁兼容性、散热性能等因素,确保封装的质量和可靠性。
二、材料准备:在进入封装过程之前,需要准备好所需的材料。
主要包括陶瓷基板、封装材料(如焊膏、封装胶等)、芯片、引脚等。
这些材料需要经过严格的检测和筛选,确保其质量达到要求。
三、焊接:焊接是陶瓷基板芯片封装的关键步骤之一。
首先,将芯片放置在陶瓷基板上,并使用焊膏涂布在芯片的引脚上。
然后,将引脚与陶瓷基板上的焊盘对准,并进行焊接。
焊接可以使用不同的技术,如手工焊接、波峰焊接或回流焊接。
四、封装胶注入:在焊接完成后,为了增加芯片的保护和机械强度,需要进行封装胶的注入。
封装胶通常是由环氧树脂制成的,具有良好的绝缘性能和机械性能。
将封装胶注入到芯片和陶瓷基板之间的空隙中,然后进行固化,以增加封装的稳定性和可靠性。
五、引脚处理:引脚处理是陶瓷基板芯片封装流程中的重要步骤之一。
在封装完成后,需要对引脚进行处理,以确保其与外部电路的连接可靠性。
常见的引脚处理方式包括修剪、烧毛和锡镀等。
六、测试:封装完成后,需要对芯片进行测试,以确保其功能正常。
测试可以使用各种测试设备和手段,如半导体测试仪、显微镜等。
通过测试,可以发现芯片中的故障或缺陷,并进行修复或更换。
七、包装:最后一步是对封装完成的芯片进行包装。
包装的目的是保护芯片,防止其受到机械损坏或环境腐蚀。
常见的芯片包装方式包括塑料管装、盘装、芯片贴片等。
总结:陶瓷基板芯片封装是一项复杂而关键的工艺。
它涉及到多个步骤和环节,需要设计人员、工程师和技术人员的共同努力。
只有经过严格的流程控制和质量管理,才能生产出高质量、可靠性强的封装芯片。
半导体陶瓷基板制造工艺流程

半导体陶瓷基板制造工艺流程一、原料准备。
这就像是做菜之前要准备食材一样。
制造半导体陶瓷基板呀,得先选好陶瓷粉末原料。
这些粉末可有讲究啦,要保证它们的纯度很高,杂质少得可怜才行。
就像我们交朋友,当然希望交的是很纯粹的朋友啦。
然后呢,还会添加一些添加剂,这些添加剂就像是调料一样,能让陶瓷在后续的制作过程中表现得更好。
比如说,有的添加剂能让陶瓷在烧结的时候更容易成型,就像酵母能让面团发起来一样神奇呢。
二、成型。
原料准备好了,就到了成型这一步。
有好几种成型的方法哦。
比如说干压成型,这就像是把面团使劲儿压成一个饼的感觉。
把陶瓷粉末放进模具里,然后用力压呀压,就变成了我们想要的形状,不过这个形状还比较粗糙啦。
还有一种是流延成型,这就比较有趣啦。
想象一下,陶瓷粉末和一些溶剂混合起来,变成了像面糊一样的东西,然后把这个“面糊”均匀地涂在一个板子上,等溶剂慢慢挥发掉,就留下了一层薄薄的陶瓷膜,就像我们做煎饼,面糊在锅上变成了煎饼皮一样好玩儿。
三、烧结。
成型后的陶瓷可还没大功告成呢,接下来要进行烧结。
烧结就像是给陶瓷来一场高温的洗礼。
把陶瓷放进高温炉里,温度升得高高的。
这个时候陶瓷里面的颗粒就会变得更加紧密地团结在一起,就像一群小伙伴紧紧地抱成团。
在高温的作用下,陶瓷的性能也会变得更好,强度增加了,密度也变大了。
不过这个过程也得小心,温度要是控制不好,陶瓷可能就会出现裂缝或者变形,那就像一个漂亮的蛋糕烤糊了一样糟糕。
四、加工。
烧结后的陶瓷基板可能还不能直接使用,还需要进行一些加工。
比如说要进行切割,把它切成合适的大小和形状。
这就像裁剪布料一样,要按照设计好的尺寸来。
有时候还需要在陶瓷基板上打孔,这可不像我们平时打孔那么简单。
得用很精密的设备,小心翼翼地打出一个个孔来,就像给陶瓷基板做了一个个小窗户一样。
五、表面处理。
这一步也很重要哦。
要对陶瓷基板的表面进行处理,让它的表面更加光滑和平整。
可以用研磨的方法,就像我们用砂纸打磨东西一样,把表面的小凸起都磨掉。
陶瓷管壳芯片封装工艺

陶瓷管壳芯片封装工艺一、陶瓷管壳芯片封装工艺概述陶瓷管壳芯片封装工艺是一种常用的封装工艺,它采用陶瓷管壳作为封装材料,将芯片放置于管壳内,并填充封装胶进行封装。
陶瓷管壳由于具有良好的机械性能、优异的耐高温性能和化学稳定性而被广泛应用于半导体芯片封装领域。
陶瓷管壳芯片封装工艺主要包括以下几个步骤:基板制备、芯片粘合、管壳封装、焊接、测试和包装。
其中,管壳封装是整个工艺流程的核心环节,也是保证芯片性能和稳定性的关键步骤。
二、陶瓷管壳芯片封装工艺技术流程1. 基板制备基板是芯片封装的载体,其材料选择和制备质量将直接影响封装效果。
一般来说,基板选用陶瓷基板或金属基板,需要经过表面处理、去污、除氧化膜等工序,以保证基板表面的清洁和平整。
另外,基板的尺寸和厚度也需要根据芯片和管壳的尺寸进行合理设计。
2. 芯片粘合芯片粘合是将芯片固定在基板上的关键步骤。
通常采用导热胶或导电胶进行粘合,其目的是保证芯片与基板之间的紧密接触,同时具有较好的导热性和导电性。
粘合工艺需要严格控制温度和压力,以确保粘合效果。
3. 管壳封装管壳封装是整个工艺流程的核心环节,也是陶瓷管壳芯片封装工艺的关键步骤。
在封装过程中,首先需要将芯片放置在管壳内,并固定好位置。
然后,将封装胶填充至管壳内,通过热压或真空封装的工艺将管壳密封,确保封装胶完全填充,并将芯片与管壳紧密连接。
4. 焊接焊接是将封装好的芯片与外部线路进行连接的工艺。
通常采用焊料进行焊接,其选择需要考虑到封装材料的特性以及外部线路的材料和工艺要求。
焊接工艺需要严格控制温度和焊接时间,以确保焊接效果和连接质量。
5. 测试和包装封装完成后,需要进行严格的测试和质量检查,包括外观检查、尺寸检查、焊接质量检查等。
通过测试确认封装质量符合要求后,进行最后的包装,将封装好的芯片进行分选、分装,并进行标识和包装,以便于存储和使用。
三、陶瓷管壳芯片封装工艺的关键技术及发展趋势1. 封装材料技术陶瓷管壳芯片封装工艺的关键技术之一是封装材料的选择和优化。
陶瓷封装工艺流程

陶瓷封装工艺流程陶瓷封装是一种常用的封装工艺,用于保护集成电路芯片,提高其可靠性和稳定性。
下面是陶瓷封装的工艺流程,详细介绍了各个步骤及其作用。
1.选择陶瓷材料:陶瓷封装主要使用氧化铝陶瓷(Al2O3)作为基材。
根据芯片的需求,选择适当的陶瓷材料,例如高热导率陶瓷、低介电常数陶瓷等。
2.制备陶瓷基片:将选定的陶瓷材料进行制片,通常是通过压制、注塑、模压等工艺进行成型。
制备好的陶瓷基片应具有良好的平整度和尺寸精度。
3.加工陶瓷基片:对制备好的陶瓷基片进行修整和打孔等加工,以便后续的焊接和引线插装。
此步骤需要高精度的机械设备和技术来保证陶瓷基片的质量。
4.制造金属化层:将陶瓷基片进行金属化处理,即在其表面涂覆金属层。
通常使用钼(Mo)或钨(W)等高熔点金属作为电极材料,采用蒸镀、喷涂等技术将金属层均匀地覆盖在陶瓷基片上。
5.焊接芯片:将待封装的芯片通过金线焊接或球焊接等方式连接到陶瓷基片上。
金线焊接使用金线将芯片引脚与陶瓷基片上的金属层相连,球焊接则将芯片引脚与陶瓷基片上的焊球连接。
6.密封封装:将已经焊接好的芯片与陶瓷基片一同放置在封装模具中,然后加以加热和加压处理。
在高温高压下,陶瓷基片与封装模具之间形成均匀的密封,保证芯片在封装过程中不受到外界环境的影响。
7.电性能测试:对已封装的芯片进行电性能测试,包括静态和动态测试等。
静态测试主要检测芯片的电流、电压和功耗等参数,动态测试则测试芯片在不同频率和负载条件下的工作性能。
8.外观检查与包装:对已测试的芯片进行外观检查,包括焊接连接的质量、封装的完整性等。
然后将芯片进行清洁处理,并进行标识和包装,以便后续的运输和应用。
amb陶瓷基板工艺流程

amb陶瓷基板工艺流程一、导言amb陶瓷基板工艺流程是制备高性能陶瓷基板的关键步骤。
陶瓷基板具有优异的机械性能、热性能和电性能,在电子器件封装和散热领域得到广泛应用。
本文将介绍amb陶瓷基板的制备工艺流程。
二、原料准备amb陶瓷基板的主要原料包括高纯度陶瓷粉末、有机粘结剂、溶剂等。
首先需要对原料进行筛选和研磨,以保证粉末的均匀性和细度。
然后将粉末与粘结剂和溶剂按一定比例混合,并进行搅拌和均化,得到均匀的浆料。
三、浆料处理将混合均匀的浆料进行脱气处理,可以采用真空脱气或离心脱气等方法。
脱气的目的是去除浆料中的气泡和溶剂,提高浆料的流动性和陶瓷基板的致密性。
脱气后的浆料需要进行过滤,以去除其中的杂质和颗粒。
四、浆料成型amb陶瓷基板的成型方法主要有模压成型、注射成型和挤出成型等。
模压成型是最常用的成型方法,具有成型精度高、生产效率高等优点。
在模压成型过程中,需要将脱气和过滤后的浆料放入模具中,施加一定的压力,使其充分填充模具腔体,并形成所需的形状。
五、成型后处理成型后的陶瓷坯体需要进行干燥和烧结处理。
首先进行低温干燥,以去除坯体中的残余溶剂和水分。
然后进行高温烧结,使陶瓷粉末颗粒间发生结合,形成致密的陶瓷基体。
烧结温度和时间的选择需要根据具体的陶瓷材料和要求来确定。
六、加工与修整经过烧结处理的陶瓷基板需要进行加工和修整,以满足具体的尺寸和表面质量要求。
常用的加工方法包括机械加工、化学机械抛光和激光加工等。
加工过程中需要注意避免陶瓷基板的表面和边缘出现裂纹和缺陷。
七、表面处理根据具体的应用要求,陶瓷基板可以进行表面处理,以提高其表面性能和附着力。
常见的表面处理方法包括化学镀、喷涂和电镀等。
表面处理可以增加陶瓷基板的导热性能、耐腐蚀性能和封装性能。
八、性能测试与包装制备完成的amb陶瓷基板需要进行性能测试和包装。
性能测试主要包括陶瓷基板的机械性能、热性能和电性能等方面的测试。
包装是保证陶瓷基板在运输和使用过程中不受损的重要环节,常用的包装方法包括防静电包装和气密密封包装等。
dbc陶瓷基板制备工艺

dbc陶瓷基板制备工艺DBC陶瓷基板是目前电子行业最常用的散热基材,用于高功率晶体管、光电元件等器件的封装,其优点是在高温高频环境下具有高强度,优良的导热性和电气绝缘性,因此在电子产品中拥有广泛的应用。
DBC陶瓷基板的制备工艺是一个比较复杂的过程,需要经过多个步骤,下面将对其详细阐述。
首先是制备原料。
制备DBC陶瓷基板的原材料主要包括氮化铝,氮化硅,氧化铝和氧化锆等,这些原料按照一定比例混合后,再经过混合、烘干等处理,可以得到均匀的粉末。
接下来是进行成型。
该步骤的目的是将混合好的粉末加工成固体绿胚。
具体的成型方式有手工压坯、干压成型、注塑成型、压碾成型等。
其中,注塑成型具有较高的生产效率和较好的成型精度,已逐渐成为制备DBC陶瓷基板的主要工艺。
第三步是进行固化。
经过成型的铜化铝基板需要经过固化才能够成为有机体强度的陶瓷基板。
通常的固化方式有多次热压固化、微波固化、等离子固化等方式。
多次热压固化是一种最为常用的方式,它需要将铜化铝基板进行多次高温高压处理,一般为1600℃,60Mpa下进行4次高温固化处理。
随后是磨削。
制备出的陶瓷基板必须要具备一定的平整度、尺寸精度才能够有效地进行后续加工。
因此,在这一步骤中,需要将过压固化后的铜化铝基板进行磨削处理,以保证其平坦度和精度。
然后是金属化。
将铜化铝基板进行陶瓷化处理后,需要在其表面形成一层金属薄膜,用以与高功率器件的金属散热片直接接触进行热量传导。
目前所采用的金属化方式有电沉积、蒸镀、喷涂等方法。
最后是漆覆。
陶瓷基板需要在其表面涂覆一层有机陶瓷漆来提高其绝缘性。
这一过程在陶瓷基板市场中尤为重要,有一个良好的表层涂层便于后续的封装和焊接加工等。
综上所述,DBC陶瓷基板制备工艺包括原材料的制备、成型、固化、磨削、金属化和漆覆等多个步骤,每个步骤都要求具有较高的工艺水平和名称的设备支持。
通过这些步骤的合理组合和操作,最终可以制备出高性能、高可靠性的陶瓷基板,为电子产品的高质量发展做出积极的贡献。
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泛。
陶瓷基片主要包括氧化铍(BeO)、氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)。
与其他陶瓷材料相比,Si3N4陶瓷基片具有很高的电绝缘性能和化学稳定性,热稳定性好,机械强度大,可用于制造高集成度大规模集成电路板。
几种陶瓷基片材料性能比较从结构与制造工艺而言,陶瓷基板又可分为HTCC、LTCC、TFC、DBC、DPC等。
高温共烧多层陶瓷基板(HTCC)HTCC,又称高温共烧多层陶瓷基板。
制备过程中先将陶瓷粉(Al2O3或AlN)加入有机黏结剂,混合均匀后成为膏状浆料,接着利用刮刀将浆料刮成片状,再通过干燥工艺使片状浆料形成生坯;然后依据各层的设计钻导通孔,采用丝网印刷金属浆料进行布线和填孔,最后将各生坯层叠加,置于高温炉(1600℃)中烧结而成。
此制备过程因为烧结温度较高,导致金属导体材料的选择受限(主要为熔点较高但导电性较差的钨、钼、锰等金属),制作成本高,热导率一般在20~200W/(m·℃)。
低温共烧陶瓷基板(LTCC)LTCC,又称低温共烧陶瓷基板,其制备工艺与HTCC类似,只是在Al2O3粉中混入质量分数30%~50%的低熔点玻璃料,使烧结温度降低至850~900℃,因此可以采用导电率较好的金、银作为电极材料和布线材料。
因为LTCC采用丝网印刷技术制作金属线路,有可能因张网问题造成对位误差;而且多层陶瓷叠压烧结时还存在收缩比例差异问题,影响成品率。
为了提高LTCC导热性能,可在贴片区增加导热孔或导电孔,但成本增加。
厚膜陶瓷基板(TFC)相对于LTCC和HTCC,TFC为一种后烧陶瓷基板。
采用丝网印刷技术将金属浆料涂覆在陶瓷基片表面,经过干燥、高温烧结(700~800℃)后制备。
金属浆料一般由金属粉末、有机树脂和玻璃等组分。
经高温烧结,树脂粘合剂被燃烧掉,剩下的几乎都是纯金属,由于玻璃质粘合作用在陶瓷基板表面。
烧结后的金属层厚度为10~20μm,最小线宽为0.3mm。
由于技术成熟,工艺简单,成本较低,TFC在对图形精度要求不高的电子封装中得到一定应用。
直接键合铜陶瓷基板(DBC)由陶瓷基片与铜箔在高温下(1065℃)共晶烧结而成,最后根据布线要求,以刻蚀方式形成线路。
由于铜箔具有良好的导电、导热能力,而氧化铝能有效控制Cu-Al2O3-Cu复合体的膨胀,使DBC基板具有近似氧化铝的热膨胀系数。
DBC基板制备工艺流程DBC具有导热性好、绝缘性强、可靠性高等优点,已广泛应用于IGBT、LD和CPV 封装。
DBC缺点在于,其利用了高温下Cu与Al2O3间的共晶反应,对设备和工艺控制要求较高,基板成本较高;由于Al2O3与Cu层间容易产生微气孔,降低了产品抗热冲击性;由于铜箔在高温下容易翘曲变形,因此DBC表面铜箔厚度一般大于100m;同时由于采用化学腐蚀工艺,DBC基板图形的最小线宽一般大于100m。
直接镀铜陶瓷基板(DPC)其制作首先将陶瓷基片进行前处理清洗,利用真空溅射方式在基片表面沉积TI/Cu层作为种子层,接着以光刻、显影、刻蚀工艺完成线路制作,最后再以电镀/化学镀方式增加线路厚度,待光刻胶去除后完成基板制作。
DPC基板制备工艺流程DPC技术具有如下优点:低温工艺(300℃以下),完全避免了高温对材料或线路结构的不利影响,也降低了制造工艺成本;采用薄膜与光刻显影技术,使基板上的金属线路更加精细,因此DPC基板非常适合对准精度要求较高的电子器件封装。
但DPC基板也存在一些不足:电镀沉积铜层厚度有,且电镀废液污染大;金属层与陶瓷间的结合强度较低,产品应用时可靠性较低。
2. 三维陶瓷基板的五大制备技术浅析许多微电子器件(如加速度计、陀螺仪、深紫外LED等)芯片对空气、湿气、灰尘等非常敏感。
如LED芯片理论上可工作10万小时以上,但水汽侵蚀会大大缩短其寿命。
为了提高这些微电子器件性能,必须将其芯片封装在真空或保护气体中,实现气密封装。
因此,必须首先制备含腔体(围坝)结构的三维陶瓷基板,满足封装应用需求。
三维陶瓷基板性能对比目前,常见的三维陶瓷基板主要有:高/低温共烧陶瓷基板(HTCC/LTCC)、多层烧结三维陶瓷基板(MSC)、直接粘接三维陶瓷基板(DAC)、多层镀铜三维陶瓷基板(MPC)以及直接成型三维陶瓷基板(DMC)等。
01 高/低温共烧陶瓷基板(HTCC/LTCC)HTCC基板制备过程中先将陶瓷粉(Al2O3或AlN)加入有机黏结剂,混合均匀后成为膏状陶瓷浆料,接着利用刮刀将陶瓷浆料刮成片状,再通过干燥工艺使片状浆料形成生胚;然后根据线路层设计钻导通孔,采用丝网印刷金属浆料进行布线和填孔,最后将各生胚层叠加,置于高温炉(1600℃)中烧结而成。
由于HTCC基板制备工艺温度高,因此导电金属选择受限,只能采用熔点高但导电性较差的金属(如W、Mo及Mn等),制作成本较高。
此外,受到丝网印刷工艺限制,HTCC基板线路精度较差,难以满足高精度封装需求。
但HTCC基板具有较高机械强度和热导率[20W/(m·K)~200W/(m·K)],物化性能稳定,适合大功率及高温环境下器件封装。
为了降低HTCC制备工艺温度,同时提高线路层导电性,业界开发了LTCC基板。
与HTCC制备工艺类似,只是LTCC制备在陶瓷浆料中加入了一定量玻璃粉来降低烧结温度,同时使用导电性良好的Cu、Ag和Au等制备金属浆料。
LTCC基板制备温度低,但生产效率高,可适应高温、高湿及大电流应用要求,在军工及航天电子器件中得到广泛应用。
LTCC制备工艺流程虽然LTCC基板具有上述优势,但由于在陶瓷浆料中添加了玻璃粉,导致基板热导率偏低[一般仅为3W/(m·K)~7W/(m·K)]。
此外,与HTCC一样,由于LTCC基板采用丝网印刷技术制作金属线路,有可能因张网问题造成对位误差,导致金属线路层精度低;而且多层陶瓷生胚叠压烧结时还存在收缩比例差异问题,影响成品率,一定程度上制约了LTCC基板技术发展。
02 多层烧结三维陶瓷基板(MSC)与HTCC/LTCC基板一次成型制备三维陶瓷基板不同,台湾阳升公司采用多次烧结法制备了MSC基板。
首先制备厚膜印刷陶瓷基板(TPC),随后通过多次丝网印刷将陶瓷浆料印刷于平面TPC基板上,形成腔体结构,再经高温烧结得到MSC基板。
由于陶瓷浆料烧结温度一般在800℃左右,因此要求下部的TPC基板线路层必须能耐受如此高温,防止在烧结过程中出现脱层或氧化等缺陷。
TPC基板线路层由金属浆料高温烧结(一般温度为850℃~900℃)制备,具有较好的耐高温性能,适合后续采用烧结法制备陶瓷腔体。
MSC陶瓷基板制备工艺流程MSC基板技术生产设备和工艺简单,平面基板与腔体结构独立烧结成型,且由于腔体结构与平面基板均为无机陶瓷材料,热膨胀系数匹配,制备过程中不会出现脱层、翘曲等现象。
其缺点在于,下部TPC基板线路层与上部腔体结构均采用丝网印刷布线,图形精度较低;同时,因受丝网印刷工艺限制,所制备的MSC基板腔体厚度有限。
因此MSC三维基板仅适用于体积较小、精度要求不高的电子器件封装。
03 直接粘接三维陶瓷基板(DAC)上述HTCC、LTCC及MSC基板线路层都采用丝网印刷制备,精度较低,难以满足高精度、高集成度封装要求,因此业界提出在高精度DPC陶瓷基板上成型腔体制备三维陶瓷基板。
由于DPC基板金属线路层在高温(超过300℃)下会出现氧化、起泡甚至脱层等现象,因此基于DPC技术的三维陶瓷基板制备必须在低温下进行。
DAC三维陶瓷基板制备工艺流程台湾瑷司柏公司(ICP)提出采用胶粘法制备三维陶瓷基板。
首先加工金属环和DPC陶瓷基板,然后采用有机粘胶将金属环与DPC基板对准后粘接、加热固化。
由于胶液流动性好,涂胶工艺简单,成本低,易于实现批量生产,且所有制备工艺均在低温下进行,不会对DPC基板线路层造成损伤。
但由于有机粘胶耐热性差,固化体与金属、陶瓷间热膨胀系数差较大,且为非气密性材料,目前DAC陶瓷基板主要应用于线路精度要求较高,但对耐热性、气密性、可靠性等要求较低的电子器件封装。
为了解决上述不足,业界进一步提出采用无机胶替代有机胶的粘接技术方案,大大提高了DAC三维陶瓷基板的耐热性和可靠性。
其技术关键是选用无机胶,要求其能在低温(低于200℃)下固化;固化体耐热性好(能长期耐受300℃高温),与金属、陶瓷材料粘接性好(剪切强度大于10MPa),同时与金属环(围坝)和陶瓷基片材料热膨胀系数匹配(降低界面热应力)。
04 多层电镀三维陶瓷基板(MPC)MPC基板采用图形电镀工艺制备线路层,避免了HTCC/LTCC与TPC基板线路粗糙问题,满足高精度封装要求。
陶瓷基板与金属围坝一体化成型为密封腔体,结构紧凑,无中间粘结层,气密性高。
MPC陶瓷基板制备工艺流程MPC基板整体为全无机材料,具有良好的耐热性,抗腐蚀、抗辐射等。
金属围坝结构形状可以任意设计,围坝顶部可制备出定位台阶,便于放置玻璃透镜或盖板,目前已成功应用于深紫外LED封装和VCSEL激光器封装,已部分取代LTCC基板。
其缺点在于:由于干膜厚度限制,制备过程需要反复进行光刻、显影、图形电镀与表面研磨,耗时长(厚度为600μm围坝需要电镀10h以上),生产成本高;此外,由于电镀围坝铜层较厚,内部应力大,MPC基板容易翘曲变形,影响后续的芯片封装质量与效率。
05 直接成型三维陶瓷基板(DMC)DMC基板的制备,首先制备平面DPC陶瓷基板,同时制备带孔橡胶模具;将橡胶模具与DPC陶瓷基板对准合模后,向模具腔内填充牺牲模材料;待牺牲模材料固化后,取下橡胶模具,牺牲模粘接于DPC陶瓷基板上,并精确复制橡胶模具孔结构特征,作为铝硅酸盐浆料成型模具;随后将铝硅酸盐浆料涂覆于DPC陶瓷基板上并刮平,加热固化,最后将牺牲模材料腐蚀,得到含铝硅酸盐免烧陶瓷围坝的三维陶瓷基板。
DMC陶瓷基板制备工艺流程铝硅酸盐浆料固化温度低,对DPC陶瓷基板线路层影响极小,并与DPC基板制备工艺兼容。
橡胶具有易加工、易脱模以及价格低廉等特点,能精确复制围坝结构(腔体)形状与尺寸,保证围坝加工精度。
有实验结果表明,腔体深度、直径加工误差均小于30μm,说明该工艺制备的三维陶瓷基板精度高,重复性好,适合量产。
铝硅酸盐浆料加热后脱水缩合,主要产物为无机聚合物,其耐热性好,热膨胀系数与陶瓷基片匹配,具有良好的热稳定性;固化体与陶瓷、金属粘接强度高,制备的三维陶瓷基板可靠性高。
围坝厚度(腔体高度)取决于模具厚度,理论上不受限制,可满足不同结构和尺寸的电子器件封装要求。