高純型氧化鋁陶瓷是指Al2O3含量在99.9%以上的陶瓷材料,由於其燒結溫度高達1650—1990℃,透射波長為1~6μm,一般製成熔融玻璃以取代鉑坩堝;利用其透光性及可耐鹼金屬腐蝕性用作鈉燈管;在電子工業中可用作集成電路基板與高頻絕緣材料。
普通型氧化鋁陶瓷系按Al2O3含量不同分為99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品種,有時Al2O3含量在80%或75%者也劃為普通氧化鋁陶瓷系列。其中99氧化鋁瓷材料用於製作高溫坩堝、耐火爐管及特殊耐磨材料,如陶瓷軸承、陶瓷密封件及水閥片等;95氧化鋁瓷主要用作耐腐蝕、耐磨部件;85瓷中由於常摻入部分滑石,提高了電性能與機械強度,可與鉬、鈮、鉭等金屬封接,有的用作電真空裝置器件。
因為良好的電氣性能,氧化鋁陶瓷在電子電氣方面的應用是最多的,而作為電子電器基板材料的話,必須要涉及到的就是表面的金屬化處理,因為陶瓷是絕緣材料,所以只有表面金屬化才能過電導通。
陶瓷金屬化,是在陶瓷表面牢固地粘附一層金屬薄膜,使之實現陶瓷和金屬間的焊接,更先進的應用,是在陶瓷表面形成電路,不僅可以焊接,而且能夠作為導線傳輸電流。目前傳統的金屬化方法有厚膜法、DBC法、DPC法、LTCC、HTCC。以下逐個說明此幾個工藝的優缺點:
1.厚膜法
通過絲網印刷的方式,在陶瓷基上印刷各種電路、電阻及電容,不可否認,此工藝應用非常廣泛,可以承載較大的電流,陶瓷大多數的應用都是通過厚膜法實現,但它真的可以包治百病嗎?大家都知道,絲網印刷的精度很不盡人意,銀漿與陶瓷的結合併不能達到令人滿意的程度,同時銀漿是需在一定溫度下燒結才能固化的,這幾個缺點,相信有很多行業內的人士也曾經被深深困擾。而且厚膜法的線路較粗,這對於電子產品的小型化而言是個不小的阻礙,於是,大家不得不想出其他的辦法。
2.DBC法
此工藝經常在大功率模塊上應用,銅層較厚,可負載較大電流,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,加之較高的燒結溫度,成本很高,只能應用於有特殊需求的領域。
3.DPC法
在LED領域應用比較廣泛,技術主要掌握在臺灣廠商手中,同欣電子年出貨量佔了一大半以上,另外還有璦司柏,此工藝大的優點就是線路精密度高,表面平滑,比較適合覆晶/共晶封裝,國際LED大廠Cree、歐司朗等都在使用同欣的基板。其成本要低於DBC法,國內目前斯利通的DPC技術已經正式量產。
4.LTCC
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。
5.HTCC
此工藝由於很高的燒結溫度,使用者已經極少,基本被LTCC代替。