陶瓷基板，又称陶瓷电路板，主要由陶瓷基片和金属线路层组成。对于电子封装而言，封装基板起着关键作用，不仅连接内外散热通道，还兼具电互联和机械支撑等功能。根据封装结构和应用要求，陶瓷基板可分为平面陶瓷基板和三维陶瓷基板两大类。根据不同的制备工艺和技术，陶瓷基板有多种不同的类型，每种类型的制造方法决定了其应用领域、性能特点及适用的封装需求。

常见的平面陶瓷基板工艺路线包括：薄膜陶瓷(TFC)基板、厚膜印刷陶瓷(TPC)基板、直接键合铜陶瓷(DBC)基板、活性金属焊接陶瓷(AMB)基板、直接电镀铜陶瓷(DPC)基板、激光活化金属陶瓷(LAM)基板。

DCB和AMB基板，来源NGK

一、平面陶瓷基板

1、薄膜陶瓷基板（Thin Film Ceramic Substrate，TFC基板）

工艺特点：通过磁控溅射、真空蒸镀、电化学沉积等薄膜工艺，直接在陶瓷基片表面沉积金属层，通过辅助光刻、显影、蚀刻等工艺，金属层可以被制成线路的图形形状。

薄膜电路制造工艺流程

应用：该工艺工作温度低、布线精度高、金属层厚度可控以及金属陶瓷间结合强度高，可制备高精度（线宽/线距小于10μm）陶瓷基板。但TFC基板表面金属层厚度较小（一般小于1μm），一般应用于激光与光通信领域的小电流器件封装。

2、厚膜印刷陶瓷基板（Thick Printing Ceramic Substrate，TPC基板）

工艺特点：通过丝网印刷（Screen Printing）将导电浆料、电阻浆料等材料印制在陶瓷基板上，干燥后经高温烧结温度（一般为850~900℃）制备TPC基板。根据金属浆料黏度和丝网网孔尺寸的不同，制备的金属线路层厚度一般在10~20μm（金属层厚度的增加可通过多次丝网印刷实现）。TPC基板以银基导电浆料是最主要的材料，此外，为了降低烧结温度并提高金属层与陶瓷基片间的结合强度，通常在金属浆料中添加少量玻璃相，但这会降低金属层的电导率和导热率。

TPC基板制备工艺流程

应用：TPC基板的制备工艺相对简单，对加工设备和环境的要求较低，生产效率较高，但受限于丝网印刷工艺，其最小线宽和线距通常在100~300μm之间，难以满足高精度电路需求。因此，TPC基板主要用于对线路精度要求不高、但需要较高生产效率的电子器件封装领域，如汽车电子等。

TPC陶瓷基板在温度循环可靠性方面展现出显著优势，其循环次数远超DBC陶瓷基板，且不依赖于特定的基板类型。然而，印刷的金属层内部存在的孔隙和杂质问题导致金属层电阻增大，这是TPC技术有待解决的关键问题之一。

3、直接键合铜陶瓷基板（Direct Bonded Copper Ceramic Substrate，DBC基板）

工艺特点：DBC（直接铜键合）工艺的核心原理是利用氧降低铜的熔点（金属铜的熔点为1083℃），使铜-氧共晶液相在陶瓷表面形成润湿，从而实现铜与陶瓷的牢固结合。首先，在铜箔（Cu）和陶瓷基片（通常是Al₂O₃或AlN）之间引入氧元素，然后在1065℃左右形成Cu-Cu₂O共晶相，此时部分铜熔化并润湿陶瓷基片，与陶瓷发生化学和物理结合，从而实现铜与陶瓷间的共晶键合。随后，冷却形成稳固的铜层，并对表面的Cu进行刻蚀，以得到模块所需的电路图形。

DBC基板制备工艺

应用：铜与陶瓷间的共晶键合强度高，因此DBC基板具有较高的热稳定性。DBC基板的铜箔厚度较大（一般为100~600μm），可以承受较大的电流承载力，同时具有高的绝缘电压，可满足高温、大电流等极端环境下器件封装的需求。目前DBC基板已广泛用于绝缘栅双极极管(IGBT)、激光器(LD)和聚焦光伏(CPV)等器件封装中的散热。

DBC基板在实际应用中有许多优势，但在制备过程中需要严格控制共晶温度和氧含量，对设备和工艺控制要求较高。由于厚铜刻蚀的限制，DBC技术路线无法制备出高精度的线路层（湿法刻蚀技术使得铜层线路宽度达到200μm）。此外，DBC陶瓷基板在实际应用中还面临键合界面存在孔隙（可能与高温下Cu2O还原为Cu时释放氧气以及陶瓷基板的气体释放有关）及温度循环可靠性差（主要原因陶瓷与铜层的巨大CTE差）的双重挑战。

DBC技术路线在氧化铝陶瓷上应用成熟，但却与高功率封装的热点陶瓷基板材料--氮化硅陶瓷不太匹配。DBC技术中氧亲和力是关键，而氮化硅表面以Si-N键为主，几乎不含游离氧，无法与铜发生共晶反应，即便强行预氧化也难以支持可靠的键合，此外，氮化硅的热膨胀系数与铜差异较大，两者直接键合冷却后界面应用过大。

4、活性金属焊接陶瓷基板（Active Metal Brazing Ceramic Substrate，AMB基板）

工艺特点：活性金属钎焊（AMB）工艺作为传统直接覆铜（DBC）技术的升级版，其核心创新在于通过钎料中少量的活性金属元素实现了陶瓷与金属的高效结合。该工艺在真空或惰性气体保护环境下进行，当温度升至钎料熔点时，钎料中预添加的钛（Ti）、锆（Zr）、铪（Hf）、钒（V）、铌（Nb）、钽（Ta）等高活性金属元素会与铜箔及陶瓷基板（常用氮化铝/氮化硅）表面发生化学反应，原位生成高强度界面结合层。这些活性元素凭借其优异的反应活性，可显著增强钎料对陶瓷表面的润湿能力，从而省去了传统陶瓷金属化预处理的复杂工序，实现了陶瓷基板与金属层的直接可靠连接。通过选择合适的活性焊料，可降低键合温度（低于800℃），从而降低陶瓷基板内部的热应力。

AMB技术，来源：IPCB

应用：氮化硅陶瓷基板凭借其卓越的热管理性能、机械强度以及对极端环境的适应性，成为第三代半导体功率模块的关键材料。通过活性金属钎焊（AMB）技术，氮化硅陶瓷基板可以与金属层实现高强度、耐高温的连接，是汽车应用、风力涡轮机、牵引应用和高电压直流传输的理想基板材料。

SiC MOSFET功率模块中的Si₃N₄ AMB 来源：无锡利普思

不同陶瓷基板工艺的适配性：DBC/AMB

5、直接电镀铜陶瓷基板（Direct Plated Copper Ceramic Substrate，DPC基板）

工艺特点：DPC是在陶瓷薄膜工艺加工基础上发展起来的陶瓷电路加工工艺。首先利用激光在陶瓷基片上制造通孔（孔径一般为60~120um），然后利用超声波清洗陶瓷基片；采用磁控溅射技术在陶瓷基片表面沉积金属种子层(Ti/Cu)，接着通过光刻、显影完成线路层的制作；采用电镀填孔和增厚金属线路层（线路厚度一般在10~100μm），并通过表面处理提高基板的可焊性与抗氧化性能，最后去除干膜、刻蚀多余的种子层，适当后处理，完成基板制备。

DPC基板的制备流程

应用：DPC技术通过光刻+电镀工艺可实现线宽/线距低至30-50μm，显著优于厚膜和DBC，支持高密度布线，且可通过垂直互连，实现三维堆叠结构，适用于微型化封装（如射频模块、光电子器件）。DPC在“高功率密度+高精度”需求场景中，填补了厚膜/DBC（大功率但低精度）与薄膜电路（高精度但低功率）之间的空白。尽管DPC陶瓷基板具有高导热性、高线路精度以及可通过通孔连接减少封装体积等优点，但受限于电镀工艺，其铜层厚度通常不超过150μm，因此不适用于超大电流场景，但在特定高性能市场中不可替代，目前主要应用于高亮度高功率LED、微波无线通讯及半导体设备等领域。

6、激光活化金属陶瓷基板（Laser Activated Metallization Ceramic Substrate，LAM基板）

工艺特点：LAM工艺通过激光束对含铝陶瓷基板（例如氧化铝、氮化铝基板）进行选择性照射，被照射的陶瓷材料还原成活化的金属原子，随后将其浸入含Cu²⁺的化学镀液中，活化原子促使Cu²⁺还原并沉积在被照射的区域，形成金属线路图案。LAM工艺常用含铝基板进行加工，因为激光照射后可以形成活化的Al原子。但Al原子的催化性能并不理想，需要其它的催化剂来提高沉积效率。例如先在陶瓷基板上涂覆一层PdCl₂，激光照射后，PdCl₂会分解成PdO和单质Pd，二者均可作为化学镀铜的有效催化剂。

应用：LAM基板制备工艺可在平面陶瓷基板或立体陶瓷结构上加工线路层，但其线路层由激光束“画”出来，难以进行大批量生产，导致价格极高。目前，该技术主要应用在航空航天领域中的异型陶瓷散热件加工。 

二、总结

TFC基板布线精度高，但金属层厚度较小，适用于小电流器件封装；TPC工艺虽简单可靠，但受限于高电阻和厚铜层制备过程繁琐；DBC有多重优势，但面临温度循环可靠性性差和孔隙问题；AMB工艺展现出优秀的温度循环可靠性，应用前景广泛，当前核心在于开发新焊料、强化接头强度与可靠性；DPC工艺实现了高精度线路，但受限于线路薄、高昂的设备成本及环境污染；LAM工艺也具有高线路精度的优势，但设备成本较高且也存在环境污染的风险。

参考资料：

1、张海波，谭划，姜胜林主编.《先进陶瓷工艺学》.华中科技大学出版社，2023.09.

2、黄富，岳文锋，李俊杰，等.电子封装陶瓷基板及其金属化工艺[J].现代技术陶瓷，2024

3、IPCB、无锡利普思、NGK、Jinghui Ceramic、博锐电路等官网

编辑整理：粉体圈 Alpha