斯利通陶瓷電路板 發表於 2020-12-23 14:53:48
功率型封裝基板作為熱與空氣對流的載體，其熱導率對散熱起著決定性作用。DPC陶瓷基板以其優良的性能和逐漸降低的價格，在眾多電子封裝材料中顯示出很強的競爭力，是未來封裝發展的趨勢。
隨著科學技術的發展、新製備工藝的出現，高導熱陶瓷材料作為新型電子封裝基板材料，應用前景十分廣闊。
隨著晶片輸入功率的不斷提高，大耗散功率帶來的大發熱量給封裝材料提出了更新、更高的要求。在散熱通道中，封裝基板是連接內外散熱通路的關鍵環節，兼有散熱通道、電路連接和對晶片進行物理支撐的功能。
對高功率產品來講，其封裝基板要求具有高電絕緣性、高導熱性、與晶片匹配的熱膨脹係數等特性。
樹脂基封裝基板：配套成本高普及尚有難度
EMC和SMC對模壓成型設備要求高，一條模壓成型生產線價格在1000萬元左右，大規模普及尚有難度。
近幾年興起的貼片式支架一般採用高溫改性工程塑膠料，以PPA（聚鄰苯二甲醯胺）樹脂為原料，通過添加改性填料來增強PPA原料的某些物理、化學性質，從而使PPA材料更加適合注塑成型及貼片式支架的使用。PPA塑料導熱性能很低，其散熱主要通過金屬引線框架進行，散熱能力有限，只適用於小功率封裝。
隨著業界對散熱的重視，兩種新的熱固性塑膠料——環氧塑封料（EMC）和片狀模塑料（SMC）被引入貼片式支架中。
EMC是以高性能酚醛樹脂為固化劑、導熱係數較高的矽微粉等為填料、多種助劑混配而成的粉狀模塑料。SMC主要是由30%左右的不飽和樹脂、40%左右的玻璃纖維、無機填料以及其他添加劑組成。
這兩種熱固性模塑料熱固化溫度在150℃左右，經過改性後導熱係數可達4W/（m·K）～7W/（m·K），與PPA塑膠相比有較大提高，但缺點是流動性與導熱性較難兼顧，固化成型時硬度過高，容易產生裂紋和毛刺。EMC和SMC固化時間長，成型效率相對較低，對模壓成型設備、模具及其他配套設備的要求相當高，一條模壓成型及配套生產線價格在1000萬元左右，大規模普及尚有難度。
金屬芯印刷電路板：製造工藝複雜實際應用較少
鋁基板的加工製造過程複雜、成本高，鋁的熱膨脹係數與晶片材料相差較大，實際應用中較少採用。
隨著封裝向薄型化及低成本化方向發展，板上晶片（COB）封裝技術逐步興起。目前，COB封裝基板大多使用金屬芯印刷電路板，高功率封裝大多採用此種基板，其價格介於中、高價位間。
當前生產上通用的大功率散熱基板，其絕緣層導熱係數極低，而且由於絕緣層的存在，使得其無法承受高溫焊接，限制了封裝結構的優化，不利於散熱。
如何提高環氧絕緣層的導熱係數成為現階段鋁基板的研究熱點。目前採用的是一種摻有高熱傳導性無機填充物（比如陶瓷粉末）的改性環氧樹脂或環氧玻璃布黏結片，通過熱壓把銅箔、絕緣體以及鋁板黏結起來。
目前國際上已經開發出一種「全膠鋁基板」，採用全膠的鋁基板的熱阻可以做到0.05K/W。此外，我國臺灣的一家公司最近開發出一種類鑽碳材料DLC，並將其應用於高亮度LED封裝鋁基板的絕緣層。
DLC有許多優越的材料特性：高熱傳導率、熱均勻性與高材料強度等。因此，以DLC取代傳統金屬基印刷電路板（MCPCB）的環氧樹脂絕緣層，有望極大提高MCPCB的熱傳導率，但其實際使用效果還有待市場考驗。
一種性能更好的鋁基板是直接在鋁板上生成絕緣層，然後印制電路。採用這種方法的最大優點是結合力強，而且導熱係數高達2.1W/（m·K）。但這種鋁基板的加工製造過程複雜、成本高，而且，金屬鋁的熱膨脹係數與晶片材料相差較大，器件工作時熱循環常會產生較大應力，最終可能導致失效，因此在實際應用中較少採用。
矽基封裝基板：面臨挑戰良品率低於60%
矽基板在絕緣層、金屬層、導通孔的製備方面都面臨挑戰，良品率不超過60%。
以矽基材料作為封裝基板技術，近幾年逐漸從半導體業界引進到業界。矽基板的導熱性能與熱膨脹性能都表明了矽是較匹配的封裝材料。
矽的導熱係數為140W/m·K，應用於封裝時，所造成的熱阻只有0.66K/W；而且矽基材料已被大量應用在半導體製程及相關封裝領域，所涉及相關設備及材料已相當成熟。因此，若將矽製作成封裝基板，容易形成量產。
不過，矽基板封裝仍有許多技術問題。例如，材料方面，矽材容易碎裂，且機構強度也有問題。結構方面，矽儘管是優良導熱體，但絕緣性不良，必須做氧化絕緣處理。
此外，其金屬層需採用濺鍍結合電鍍的方式製備，導電孔需採用腐蝕的方法進行。總體看來，絕緣層、金屬層、導通孔的製備都面臨挑戰，良品率不高。目前雖有一些臺灣企業開發出LED矽基板並量產，但良品率不超過60%。
陶瓷封裝基板：提升散熱效率滿足高功率需求
配合高導熱的陶瓷基體，DPC顯著提升了散熱效率，是最適合高功率、小尺寸發展需求的產品。
陶瓷散熱基板具有新的導熱材料和新的內部結構，彌補了鋁金屬基板所具有的缺陷，從而改善基板的整體散熱效果。
Al2O3陶瓷基片雖是目前產量最多、應用最廣的陶瓷基片，但由於其熱膨脹係數相對Si單晶偏高，導致Al2O3陶瓷基片並不太適合在高頻、大功率、超大規模集成電路中使用。A1N晶體具有高熱導率，被認為是新一代半導體基板和封裝的理想材料。
AlN陶瓷材料從20世紀90年代開始得到廣泛地研究而逐步發展起來，是目前普遍認為很有發展前景的電子陶瓷封裝材料。AlN陶瓷基板的散熱效率是Al2O3基板的7倍之多，AlN基板應用於高功率LED的散熱效益顯著，進而大幅提升LED的使用壽命。
AlN基板的缺點是即使表面有非常薄的氧化層也會對熱導率產生較大影響，只有對材料和工藝進行嚴格控制才能製造出一致性較好的AlN基板。
現階段應用於封裝的陶瓷基板按製備技術可分為HTCC、LTCC、DBC、DPC4種。HTCC又稱高溫共燒多層陶瓷，其主要材料為熔點較高但導電性較差的鎢、鉬、錳等金屬，製作成本高昂，現在較少採用。
LTCC又稱為低溫共燒多層陶瓷基板，其熱傳導率為2W/（m·K）～3W/（m·K）左右，與現有鋁基板相比並沒有太大優勢。此外，LTCC由於採用厚膜印刷技術完成線路製作，線路表面較為粗糙，對位不精準。而且，多層陶瓷疊壓燒結工藝還有收縮比例的問題，這使得其工藝解析度受到限制，LTCC陶瓷基板的推廣應用受到極大挑戰。
基於板上封裝技術而發展起來的直接覆銅陶瓷板（DBC）也是一種導熱性能優良的陶瓷基板。DBC基板在製備過程中沒有使用黏結劑，因而導熱性能好，強度高，絕緣性強，熱膨脹係數與Si等半導體材料相匹配。
然而，陶瓷基板與金屬材料的反應能力低，潤溼性差，實施金屬化頗為困難，不易解決Al2O3與銅板間微氣孔產生的問題，這使得該產品的量產與良品率受到較大的挑戰，仍然是國內外科研工作者研究的重點。
斯利通DPC陶瓷封裝基板又稱直接鍍銅陶瓷板，DPC產品具備線路精準度高與表面平整度高的特性，非常適用於LED覆晶/共晶工藝，配合高導熱的陶瓷基體，顯著提升了散熱效率，是最適合高功率、小尺寸LED發展需求的陶瓷散熱基板。
責任編輯：gt
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