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DPC陶瓷基板特性及应用

常用的基板材料主要包括塑料基板、金属基板、陶瓷基板和复合基板四大类。陶瓷基板良好的导热性、耐热性、绝缘性、低热膨胀系数成本的不断降低,在电子封装特别是功率电子器件如IGBT (绝缘栅双极晶体管)、LD (激光二极管)、大功率LED (发光二极管)、CPV (聚焦型光伏)封装中的应用越来越广泛。


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陶瓷基板按照工艺分为DPC(直接电镀铜)、DBC(直接键合铜)、AMB(活性金属焊接)、LTCC(低温共烧陶瓷)、HTCC(高温共烧陶瓷)等基板。目前,常用陶瓷基板材料主要为氧化铝、氮化铝、氮化硅、以及氮化硅等。其中,氧化铝陶瓷基板主要采用DBC工艺,氮化铝陶瓷基板主要采用DBC和AMB工艺,氮化硅陶瓷基板更多采用AMB工艺。


在以往封装在金属PCB板上,需要导入一个绝缘层来实现热电分离。由于绝缘层的热导率极差,此时热量虽然没有集中在芯片上,但是却集中在芯片下的绝缘层附近,一旦做更高功率,散热的问题就会浮现。这明显与市场发展方向是不匹配的。

图源自网络


DPC陶瓷基板可以解决这个问题,因为陶瓷本身就是绝缘体,散热性能也好,DPC陶瓷电路板可将芯片直接固定在陶瓷上,便不需要在陶瓷上面再做绝缘层了。


DPC工艺流程 图源自网络


DPC陶瓷基板是采用的是溅射工艺,目前在陶瓷基板里面是一种比价常用的工艺,可以加工精密线路,在LED照明以及功率模组方面用的比较多。


一、DPC陶瓷基板概念


DPC陶瓷基板 图源自网络


DPC陶瓷基板因为是用直接镀铜(DPC)工艺,主要用蒸发、磁控溅射等面沉积工艺进行基板表面金属化。先是在真空条件下溅射钛,铬然后再是铜颗粒,最后电镀增厚,接着以普通PCB工艺完成线路制作,最后再以电镀/化学镀沉积方式增加线路的厚度。

二、DPC陶瓷基板特点:


图源自网络


1、低通讯损耗——部分陶瓷材料(例如氧化铝)本身的介电常数使得信号损耗更小。

2、高热导率——氧化铝陶瓷的热导率是15~35w/mk,氮化铝陶瓷的热导率是170~230w/mk,芯片上的热量直接传导到陶瓷片上面,无需绝缘层,可以做到相对更好的散热。

3、更匹配的热膨胀系数——芯片的材质一般是Si(硅)GaAS(砷化镓),陶瓷和芯片的热膨胀系数接近,不会在温差剧变时产生太大变形导致线路脱焊、内应力等问题。

4、高结合力——陶瓷电路板产品的金属层与陶瓷基板的结合强度高,最大可以达到45MPa(大于1mm厚陶瓷片自身的强度)。

5、高运行温度——陶瓷可以承受波动较大的高低温循环,甚至可以在600度的高温下正常运作。

6、高电绝缘性——陶瓷材料本身就是绝缘材料,可以承受很高的击穿电压。


三、DPC陶瓷基板应用

VCSEL 图源自网络


除可普遍应用于大功率LED照明、汽车大灯、手机闪光灯、紫外LED等大功率LED范畴外,DPC陶瓷基板在在半导体激光器、电力电子功率器件、微波、光通讯、VCSEL、射频器件等范畴也有较好的应用前景,市场空间非常宏大。
 

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