DPC陶瓷基板及其关键技术

DPC陶瓷基板及其关键技术对于电子器件而言，通常温度每升高10°C，器件有效寿命就降低30%~50%。因此，选用合适的封装材料与工艺、提高器件散热能力就成为发展功率器件的技术瓶颈。1.陶瓷基板材料良好的器件散热依赖于优化的散热结构设计、封装材料选择（热界面材料与散热基板）及封装制造工艺等。其中，基板材料的选用是关键环节，直接影响到器件成本、性能与可靠性。目前，陶瓷基板由于其良好的导热性、耐热性、绝缘性、低热膨胀系数和成本的不断降低，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。陶瓷基板材料主要有Al2O3、BeO、AlN、Si3N4、SiC等。1.1

氧化铝Al2O3陶瓷基板由于价格低廉、力学性能较好，而且工艺技术纯熟，是目前应用最为广泛的陶瓷基板材料。但是Al2O3陶瓷的热导率相对较低（24W/(m·K）），在一定程度上限制了其在大功率电子产品中的应用。1.2

氧化铍BeO陶瓷导热性能优良，综合性能良好，能够满足较高的电子封装要求，但是其热导率随温度波动变化较大，温度升高其热导率大幅下降。1.3

碳化硅SiC陶瓷具有很高的热导率，热膨胀系数也与Si接近，而且SiC的物理性能较好，具有高耐磨性和高硬度，但是SiC是强共价键化合物，烧结温度高达2000多摄氏度，而且需要加入少量的烧结助剂才能烧结致密，导致SiC陶瓷基板制备能耗大，生产成本较高。1.4氮化硅Si3N4陶瓷的热导率与抗弯强度较高，能满足集成电路向高集成化、多层化、轻型化等特性发展，另外Si3N4陶瓷的强度和断裂韧性较高，耐热疲劳性能良好，是一种有着良好发展前景的高热导率高强度陶瓷基板材料。1.5

氮化铝AlN陶瓷作为一种新型的封装基板材料，具有热导率高（其理论热导率可达320W/(m·K）)、强度高、热膨胀系数低、介电损耗小、耐高温及化学腐蚀，而且无毒环保等优良性能，是被国内外一致看好最具发展前景的一种陶瓷材料。2.什么是DPC陶瓷基板DPC又称直接镀铜陶瓷基板。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基板制备工艺流程图

3.DPC基板的优点与不足3.1

优点（1）低温工艺（300℃以下），完全避免了高温对材料或线路结构的不利影响，也降低了制造工艺成本。

（2）采用薄膜与光刻显影技术，使基板上的金属线路更加精细（线宽尺寸20~30μm，表面平整度低于0.3μm，线路对准精度误差小于±1%），因此DPC基板非常适合对准精度要求较高的电子器件封装。

3.2

不足

（1）电镀沉积铜层厚度有限，且电镀废液污染大；

（2）金属层与陶瓷间的结合强度较低，产品应用时可靠性较低；

（3）电镀生长速度低，线路层厚度有限(一般控制在10μm~100μm)，难以满足大电流功率器件封装需求。

4.DPC基板的关键技术4.1

金属线路层与陶瓷基片的结合强度由于金属与陶瓷间热膨胀系数差较大，为降低界面应力，需要在铜层与陶瓷间增加过渡层，从而提高界面结合强度。由于过渡层与陶瓷间的结合力主要以扩散附着及化学键为主，因此常选择Ti、Cr和Ni等活性较高、扩散性好的金属作为过渡层(同时作为电镀种子层)。4.2

电镀填孔电镀填孔也是DPC陶瓷基板制备的关键技术。目前DPC基板电镀填孔大多采用脉冲电源，其技术优势包括：易于填充通孔，降低孔内镀层缺陷；表面镀层结构致密，厚度均匀；可采用较高电流密度进行电镀，提高沉积效率。5.DPC基板的应用5.1.

IGBT封装绝缘栅双极晶体管以输入阻抗高、开关速度快、通态电压低、阻断电压高等特点，成为当今功率半导体器件发展主流。其应用小到变频空调、静音冰箱、洗衣机、电磁炉、微波炉等家用电器，大到电力机车牵引系统等。由于IGBT输出功率高，发热量大，因此对IGBT封装而言，散热是关键。目前IGBT封装主要采用DBC陶瓷基板，原因在于DBC具有金属层厚度大，结合强度高(热冲击性好)等特点。5.2

LD封装激光二极管(LD)又称半导体激光器，是一种基于半导体材料受激辐射原理的光电器件，具有体积小、寿命长、易于泵浦和集成等特点。广泛应用于激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等领域。温度与半导体激光器的输出功率有较大关系。散热是LD封装关键。由于LD器件电流密度大，热流密度高，陶瓷基板成为LD封装的首选热沉材料。5.3

LED封装纵观LED技术发展，功率密度不断提高，对散热的要求也越来越高。由于陶瓷具有的高绝缘、高导热和耐热、低膨胀等特性，特别是采用通孔互联技术，可有效满足LED倒装、共晶、COB(板上芯片)、CSP(芯片规模封装)、WLP(圆片封装)封装需求，适合中高功率LED封装。5.4

光伏(PV)模组封装光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光直接转化为电能。由