陶瓷基板
当下,电子元器件逐渐向着小型化、高密度、多功能和高可靠性方向发展,功率密度随之增加,散热问题越来越严重。散热不良将导致器件性能恶化、结构损坏、分层或烧毁。统计表明,电子元器件由于热损耗引起的失效高达 50%, 散热成为威胁安全性和可靠性的棘手问题。为保证电子元器件工作过程的稳定性,对电路板的散热能力提出了更高的要求。
电子元器件热管理包括封装和系统性能两个部分。从封装角度出发,器件散热主要依靠热传导方式,热量沿着芯片-键合层-基板-散热器传导,最后通过对流耗散到空气中。陶瓷基板作为大功率半导体器件重要的散热通道,其选择和结构设计对性能至关重要。因此选择一种兼具高热导率与良好力学性能的陶瓷基板材料成为解决散热问题的关键。
目前应用于功率器件的陶瓷基板主要可分DBC(直接键合铜陶瓷基板) 和DPC(直接镀铜陶瓷基板)、活性金属纤焊陶瓷基板(AMB)等几种主要类型。常用的陶瓷基板材料包括氧化铝和氮化铝,其中氮化铝陶瓷具有高热导率、高强度、高电阻率、密度小、低介电常数、无毒、以及与Si 相匹配的热膨胀系数等优异性能,是目前最具发展前途的一种陶瓷基板材料。陶瓷基板可广泛应用于大功率LED 照明、汽车大灯等车载激光雷达、大功率 LED 照明、半导体激光器、电力电子功率器件、微波、光通讯、VCSEL、射频器件等领域,具有非常广阔的市场前景。
陶瓷基板的生产过程较为复杂繁琐,其主要体现在三个方面,包括粉体的制备、基板的制备以及金属化的过程。接下来小编简单的给大家介绍一下,粉体是通过怎么样的价格流程可以成为功率器件散热的核心产品——陶瓷基板。
图3.氮化铝基板加工流程示意图
来源:DPC陶瓷基板国产化突破,下游多点开花成长空间广阔
经过以上的工艺流程,我们就可以得到白色的氮化铝陶瓷基板。此时还并不能直接应用在功率器件的模块中,由于陶瓷是绝缘材料,需要给陶瓷进行金属化处理,处理后就可以得到功率器件散热的核“芯”——陶瓷覆铜板,金属化的工艺主要有以下三种大类:
(1)DBC:是指陶瓷基片与铜箔在高温下(1065℃)共晶烧结而成,最后根据布线要求,以刻蚀方式形成线路。
图4.DBC工艺流程示意图
来源:DPC陶瓷基板电镀关键技术研究
(2)DPC:是先其制作首先将陶瓷基片进行前处理清洗,利用真空溅射方式在基片表面沉积Ti/Cu 层作为种子层,接着以光刻、显影、刻蚀工艺完成线路制作,最后再以电镀/化学镀方式增加线路厚度,待光刻胶去除后完成基板制作。
DPC工艺流程示意图
来源:DPC陶瓷基板电镀关键技术研究
(3)AMB :在800℃左右的高温下,含有活性元素Ti、Zr 的 AgCu 焊料在陶瓷和金属的界面润湿并反应,从而实现陶瓷与金属异质键合的一种工艺技术。
图6.AMB工艺流程示意图