LTCC基板材料

1、1、陶瓷基板现阶段较普遍的陶瓷散热基板种类共有LTCG HTCC DBC DPC四种，其中HTCCR于较早期发展之技术，但由于其较高的工艺温度（13001600C），使其电极材料的选择受限，且 制作成本相当昂贵，这些因素促使LTCC的发展，LTCC虽然将共烧温度降至约 850C，但其尺寸精确度、产品强度等技术上的问题尚待突破。而DBC与 DPC则为近几年才开发成熟，且能量产化的专业技术， 但对于许多人来说， 此两项专业的工艺技术仍然很陌生， 甚至可能将 两者误解为同样的工艺。DBC乃利用高温加热将 AI2O3与Cu板结合，其技术瓶颈在于不易 解决AI2O3与Cu板间微气孔产生之问题，这使得该产

2、品的量产能量与良率受到较大的挑战， 而DPC技术则是利用直接披覆技术，将Cu沉积于AI2O3基板之上，其工艺结合材料与薄膜工艺技术， 其产品为近年最普遍使用的陶瓷散热基板。 然而其材料控制与工艺技术整合能力 要求较高，这使得跨入 DPC产业并能稳定生产的技术门槛相对较高。2、现阶段LED散热情况LED 散热技术随着高功率 LED产品的应用发展，已成为各家业者相继寻求解决的议题,而LED散热基板的选择亦随着 LED之线路设计、尺寸、发光效率等条件的不同有设计上的 差异，以目前市面上最常见的可区分为 （一）系统电路板，其主要是作为LED最后将热能传导 到大气中、散热鳍片或外壳的散热系统，而列为系统

3、电路板的种类包括：铝基板（MCPCB、）印刷电路板（PCB）以及软式印刷电路板（FPC）。（二儿ED芯片基板，是属于 LED芯片与系统电 路板两者之间热能导出的媒介， 并藉由共晶或覆晶与 LED芯片结合。为确保LED的散热稳定 与LED芯片的发光效率，近期许多以陶瓷材料作为高功率 LED散热基板之应用，其种类主要 包含有：低温共烧多层陶瓷 （LTCC）、高温共烧多层陶瓷（HTCC）、直接接合铜基板（DBC）、直 接镀铜基板（DPC）四种，以下本文将针对陶瓷 LED芯片基板的种类做深入的探讨。进而更加瞭解四种陶瓷散热基板制造过无机的氧化铝粉与约 30%50%的玻璃材 接着利用刮刀把浆料刮成片状，

4、 再经由 然后依各层的设计钻导通孔， 作为各层讯3. 对四种陶瓷散热基板的生产流程做进一步的说明， 程的差异。2-1 LTCC （Low-Temperature Co-fired Ceramic）LTCC 又称为低温共烧多层陶瓷基板，此技术须先将 料加上有机黏结剂 ，使其混合均匀成为泥状的浆料， 一道干燥过程将片状浆料形成一片片薄薄的生胚，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850900C的烧结炉中烧结成型，即可完成。详细制造过程如图1 LTCC生产流程图。梗用制打或型爛印填孔词卬線皑檢

5、層姑LED基扳経倒EPWWWWW.LEDWN图1 LTCC生产流程图2-2 HTCC (High-Temperature Co-fired Ceramic)HTCC又称为高温共烧多层陶瓷，生产制造过程与LTCC极为相似，主要的差异点在于 HTCC的陶瓷粉末并无加入玻璃材质，因此，HTCC的必须再高温13001600C环境下干燥硬化成生胚，接着同样钻上导通孔，以网版印刷技术填孔与印制线路，因其共烧温度较高， 使得金属导体材料的选择受限，其主要的材料为熔点较高但导电性却较差的钨、钼、锰等金属，最后再叠层烧结成型。2-3 DBC (Direct Bonded Copper)DBC直接接合铜基板，将高

6、绝缘性的AI2O3或AIN陶瓷基板的单面或双面覆上铜金属后，经由高温10651085C的环境加热，使铜金属因高温氧化、扩散与Al2O3材质产生(Eutectic)共晶熔体，使铜金与陶瓷基板黏合，形成陶瓷复合金属基板，最后依据线路设计，以蚀刻方式备制线路，DBC制造流程图如下图 2。Ceramic Copper.号探路CeramicLED财富WWW,LDWN完豆嫁路图2 DBC制造流程图2-4 DPC （Direct Plate Copper）DPC亦称为直接镀铜基板，以瑷司柏DPC基板工艺为例：首先将陶瓷基板做前处理清洁，利用薄膜专业制造技术-真空镀膜方式于陶瓷基板上溅镀结合于铜金属复合层，接

7、着以黄光微影之光阻被覆曝光、显影、蚀刻、去膜工艺完成线路制作，最后再以电镀/化学镀沉积方式增加线路的厚度，待光阻移除后即完成金属化线路制作，详细DPC生产流程图如下图3。AF2O3 /AINCemicSpurtvrCuCeram：cCeramicEi&ctroplating CuCeramic=A电斗ix電典匕LD卑富网WWW.LEDWN.COMa 屯丸慮砧锐林I LZCeramic图3 DPC制造流程图3、陶瓷散热基板特性在瞭解陶瓷散热基板的制造方法后，接下来将近一步的探讨各个散热基板的特性具有哪些差 异，而各项特性又分别代表了什么样的意义，为何会影响了散热基板在应用时必须作为考量的重点。以

8、下表一 陶瓷散热基板特性比较中，本文取了散热基板的：（1）热传导率、（2）工艺温度、（3）线路制作方法、（4）线径宽度，四项特性作进一步的讨论： 表一、陶瓷散热基板特性比较itemLTCCHTCC熱陣茸係K(W/mK)1617W/mKAl2O3C24W/mKAlN:lS0200W/m 半導體設備、 重事電子”整合型被動/保護元件”各式感測器基板 等EipLED财富网WWW,LDWN.COM3-3 工艺能力 在表一中的工艺能力， 主要是表示各种散热基板的金属线路是以何种工艺技术完成， 由于线 路制造/成型的方法直接影响了线路精准度、表面粗糙镀、对位精准度等特性，因此在高功率小尺寸的精细线路需求下

9、，工艺解析度便成了必须要考虑的重要项目之一。LTCC 与HTCC 均是采用厚膜印刷技术完成线路制作， 厚膜印刷本身即受限于网版张力问题，一般而言，其线路表面较为粗糙，且容易造成有对位不精准与累进公差过大等现象。此外，多层陶 瓷叠压烧结工艺，还有收缩比例的问题需要考量，这使得其工艺解析度较为受限。而DBC虽以微影工艺备制金属线路， 但因其工艺能力限制， 金属铜厚的下限约在 150300um 之间， 这使得其金属线路的解析度上限亦仅为150300um 之间 （ 以深宽比 1:1 为标准 ）。而 DPC 则是采用的薄膜工艺制作， 利用了真空镀膜、 黄光微影工艺制作线路， 使基板上的线路能够更 加精确

10、，表面平整度高，再利用电镀/电化学镀沉积方式增加线路的厚度，DPC 金属线路厚度可依产品实际需求 （金属厚度与线路解析度 ）而设计。一般而言， DPC 金属线路的解析度在 金属线路深宽比为 1:1 的原则下约在 1050um 之间。因此， DPC 杜绝了 LTCC/HTCC 的烧 结收缩比例及厚膜工艺的网版张网问题。 下表二即为厚膜与薄膜工艺产品的差异做简单的比 较。表二、薄膜与厚膜工艺产品之差异分析Source：瑷司柏电子-LED散热基板之厚膜与薄膜工艺差异分析外型亦有所差别。 另一方面， 各种陶瓷基板也可LTCC 散热基板在 LED 产品的应用上，大多以基本上外观大多呈现凹杯状， 且依客户

11、端的需求4、陶瓷散热基板之应用 陶瓷散热基板会因应需求及应用上的不同， 依产品制造方法的不同，作出基本的区分。 大尺寸高功率以及小尺寸低功率产品为主， 可制作出有导线架 & 没有导线架两种散热基板， 凹杯形状主要是针对封装工艺采用较简易 的点胶方式封装成型所设计， 并利用凹杯边缘作为光线反射的路径， 但 LTCC 本身即受限于 工艺因素， 使得产品难以备制成小尺寸， 再者，采用了厚膜制作线路， 使得线路精准度不足 以符合高功率小尺寸的 LED 产品。而与 LTCC 工艺与外观相似的 HTCC ，在 LED 散热基板 这一块，尚未被普遍的使用， 主要是因为HTCC采用13001600 C高温干燥

12、硬化，使生产成 本的增加，相对的 HTCC 基板费用也高，因此对极力朝低成本趋向迈进 LED 产业而言，面 临了较严苛的考验 HTCC。另一方面， DBC 与 DPC 则与 LTCC/HTCC 不仅有外观上的差异，连 LED 产品封装方式亦 有所不同， DBC/DPC 均是属于平面式的散热基板，而平面式散热基板可依客制化备制金属线路加工，再根据客户需求切割成小尺寸产品，辅以共晶 /覆晶工艺，结合已非常纯熟的萤 光粉涂布技术及高阶封装工艺技术铸膜成型，可大幅的提升LED 的发光效率。然而， DBC产品因受工艺能力限制，使得线路解析度上限仅为 150300um，若要特别制作细线路产品， 必须采用研

13、磨方式加工， 以降低铜层厚度， 但却造成表面平整度不易控制与增加额外成本等 问题，使得 DBC 产品不易于共晶 /覆晶工艺高线路精准度与高平整度的要求之应用。DPC利用薄膜微影工艺备制金属线路加工， 具备了线路高精准度与高表面平整度的的特性，非常适用于覆晶 /共晶接合方式的工艺，能够大幅减少LED 产品的导线截面积，进而提升散热的效率。各种陶瓷散热基板之范例图片与其应用范围如下表三。表三、陶瓷散热基板之应用范围5、结论 经上述各陶瓷基板之生产流程、 特性比较、 以及应用范围说明后， 可明确的比较出个别的差 异性。其中， LTCC 散热基板在 LED 产业中已经被广泛的使用，但 LTCC 为了降

14、低烧结温 度，于材料中加入了玻璃材料，使整体的热传导率降低至 23W/mK 之间，比其他陶瓷基板 都还要低。再者， LTCC 使用网印方式印制线路，使线路本身具有线径宽度不够精细、以及 网版张网问题， 导致线路精准度不足、 表面平整度不佳等现象， 加上多层叠压烧结又有基板 收缩比例的问题要考量，并不符合高功率小尺寸的需求，因此在 LED 产业的应用目前多以 高功率大尺寸，或是低功率产品为主。 而与LTCC工艺相似的HTCC以13001600 C的高温 干燥硬化，使生产成本偏高， 居于成本考量鲜少目前鲜少使用于 LED 产业，且 HTCC 与 LTCC 有相同的问题， 亦不适用于高功率小尺寸的 LED 产品。 另一方面， 为了使 DBC 的铜层与陶 瓷基板附着性佳，必须因采用10651085 C高温熔炼，制造费用较高，且有基板与Cu板间有微气孔问题不易解决，使得 DBC 产品产能与良率受到极大的考验；再者，若要制作细线 路必须采用特殊处理方式将铜层厚度变薄， 却造成表面平整度不佳的问题， 若将产品使用于 共晶 /覆晶工艺的 LED 产品相对较为严苛。