什么是陶瓷基板？

陶瓷基板就是以电子陶瓷为基的，对膜电路元外贴切元件形成一个支撑底座的片状材料！

图1 (a)氧化铝陶瓷基板(b)氮化铝陶瓷基板和(c)LTCC陶瓷基板

陶瓷基板产品的问世，开启了散热应用行业的新发展，由于陶瓷基板散热特色，加上陶瓷基板具有高散热、低热阻、寿命长、耐电压等优点，随着生产技术、设备的改良，产品价格加速合理化，进而扩大了LED产业的应用领域，如家电产品的指示灯、汽车车灯、路灯及户外大型看板等。陶瓷基板的开发成功，为室内照明和户外亮化产品提供了更佳的服务，使LED产业未来的市场领域更为宽广。

1. 陶瓷基板的性质

2. 陶瓷基板的制备方法

陶瓷烧成前典型的成形方法有下述四种：粉末压制成形（模压成形、等静压成形）、挤压成形、流延成形等。其中流延成形法由于容易实现多层化且生产效率较高，近年来在LSI封装及混合集成电路用基板的制造中多被采用。

常见制备陶瓷基板的三种工艺如下所示：

（1）

（2）

（3）

3. 各类陶瓷基板

（1）氧化铝(Al₂O₃)基板

Ø 原料：Al₂O₃原料的典型制造方法是Buyer法，在这种方法中原材料采用铝矾土（水铝矿/一水软铝石以及相应的化合物）；

Ø 制作方法：Al₂O₃陶瓷的成形一般采用生片叠层法，粘接剂一般采用聚乙烯醇聚丁醛(PVB)，烧成温度因添加的助烧剂不同而异，通常为1550～1600℃。Al₂O₃基板的金属化方法目前主要采用厚膜法及共烧法、从使用的浆料到工艺技术都比较成熟，目前可满足各方面应用的要求；

Ø 应用：混合集成电路用基板、LSI封装用基板、多层电路基板。

（2）氮化铝(AlN)基板

Ø 原料：AlN为非天然存在而是一种人造矿物，于1862年由Genther等人最早合成。AlN粉末的代表性制作方法是还原氮化法和直接氮化法，前者以Al₂O₃为原料，通过高纯碳还原，再与氮气反应形成，后者直接是Al粉末与N₂发生反应进行直接氮化；

Ø 制造方法：Al₂O₃基板制造的各种方法都可用于AlN基板的制造，其中用得最多的是生片叠层法，即将AlN原料粉末、有机粘接剂及溶剂、表面活性剂混合制成陶瓷浆料，经流延、叠层、热压、脱脂、烧成制得；

Ø AlN基板的特性：AlN的热导率为Al₂O₃的10倍以上，CTE与硅片相匹配，AlN材料相对与Al₂O₃来说，绝缘电阻、绝缘耐压要高些，介电常数更低些，这些特点对于封装基板应用来说是十分难得的；

Ø 应用：用于VHF（超高频）频带功率放大器模块、大功率器件及激光二极管基板等；

（3）碳化硅(SiC)基板

Ø 原料：SiC不是天然产生而是由人工制造的矿物，由硅石、焦炭及少量食盐以粉末状混合，用石墨炉将其加热到2000℃以上发生反应，生成α-SiC，再通过升华析出，可得到暗绿色块状的多晶集合体；

Ø 制造方法：SiC的化学稳定性及热稳定性都非常好，采用普通方法烧成难以达到致密化，因此需要添加烧结助剂并采用特殊方法烧成，通常采用真空热压法烧成；

Ø SiC基板的特性：其最具特色的性质是，与其他材料相比，其热扩散系数特别大，甚至比铜还大，而且其热膨胀系数与Si更为接近。当然它也存在一些缺点，相对而言其介电常数高、绝缘耐压要差一些；

Ø 应用：对于SiC基板，扬长避短，多用于耐压性不大存在问题的低电压电路及VLSI高散热封装的基板，例如高速、高集成度逻辑LSI带散热机构封装、在超大型计算机、光通信用激光二极管的基板应用等。

（4）莫来石(3Al₂O₃·2SiO₂)基板

3Al₂O₃·2SiO₂是Al₂O₃-SiO₂二元系中最稳定的晶相之一，与Al₂O₃相比虽然机械强度和热导率要低一些，但其介电常数低，因此可望能进一步提高信号传输速度。其热膨胀系数也低，可减小搭载LSI的热应力，而且与导体材料Mo、W的热膨胀系数的差也小，从而共烧时与导体间出现的应力低。

（5）氧化铍(BeO)基板

其导热率是Al₂O₃的十几倍，适用于大功率电路，而且其介电常数又低，可用于高频电路。BeO基板基本上采用干压法制作，此外也可在其中添加微量的MgO及Al₂O₃等利用生片法制作BeO基板。由于BeO粉末的毒性，存在环境问题，在日本不允许生产BeO基板，只能从美国进口。

4. 低温共烧陶瓷多层基板(LTCC)

上述讨论的基板由于其烧结温度在1500～1900℃，相当高，因此若采用同时烧成法，则导体材料只能选择难熔金属Mo和W等，这样势必造成一系列较难解决的问题：如共烧需要在还原性气氛中进行，增加工艺难度，烧结温度过高，需采用特殊烧结炉；由于Mo、W电阻率较高，布线电阻大，信号传输容易造成失真，增大损耗，布线微细化受到限制；介质材料的介电常数都偏大，因此会增大信号传输延迟时间，特别是不适用于超高频电路等。

为解决上述问题，开发了玻璃与陶瓷混合共烧的低温共烧多层陶瓷基板(low temperature co-fired ceramic substrate, LTCC)，由于其烧成温度在900℃左右，故可采用多种电阻率低的材料，可实现微细化布线，其中贵金属浆料可以在大气中烧成。

低温共烧多层陶瓷基板的制备：此技术须先将无机的氧化铝粉与约30%~50%的玻璃材料加上有机黏结剂，使其混合均匀成为泥状的浆料，接着利用刮刀把浆料刮成片状，再经由一道干燥过程将片状浆料形成一片片薄薄的生胚，然后依各层的设计钻导通孔，作为各层讯号的传递，LTCC内部线路则运用网版印刷技术，分别于生胚上做填孔及印制线路，内外电极则可分别使用银、铜、金等金属，最后将各层做叠层动作，放置于850~900℃的烧结炉中烧结成型，即可完成。如图2所示，为低温共烧多层陶瓷基板制备示意图。

图2 低温共烧多层陶瓷基板制备示意图

另外，常用的玻璃陶瓷材料主要包括：

Ø 硼硅酸铅玻璃—Al₂O₃系；

Ø 硼硅酸玻璃—石英玻璃-堇青石系；

Ø 硼硅酸铅玻璃—Al₂O₃-镁橄榄石系；

Ø 硼硅酸铅玻璃—Al₂O₃处理的氧化锆(ZrO₂)系；

Ø 硼酸锡钡系；

低温共烧多层陶瓷基板的应用：LTCC适用于高密度电子封装用的三维立体布线多层陶瓷基板，因其具有导体电阻率低、介质的介电常数小、热导率高、与硅芯片相匹配的低热膨胀系数、容易实现多层化等优点，特别适合于射频、微波、毫米波器件等。其用途主要包括：超级计算机用多层基板、下一代汽车用多层基板ECU部件、光通信用界面模块及HEMT模块以及高频部件VCO和TCXO等。

5. 复合基板

  （1）复合基板—功能复合：如多层印刷CR内含基板、生片叠层CR内含多层基板等；

  （2）复合基板—结构复合：如树脂/陶瓷复合基板、数字/多孔陶瓷复合基板、树脂/硅复合基板等；

  （3）复合基板—材料复合：如在Fe或Al等金属的表面，包覆数十到数百微米的有机或无机绝缘层构成复合基板等。

（资料来源网络）

L-things 整理