薄膜陶瓷基板与厚膜陶瓷基板有什么不同?

伴随着功率器件(LED、LD、IGBT、CPV等)不断发展,散热成为影响器件性能与可靠性的关键技术。陶瓷基板以其优良的热导率、介电性能和机械强度等性能受到了青睐。根据不同工艺,平面陶瓷基板主要分为薄膜陶瓷基板(Thin Film Ceramic Substrate,TFC)、厚膜印刷陶瓷基板(Thick Printing Ceramic Substrate,TPC)、陶瓷覆铜基板(DBC/AMB/DPC)等。今天我们一起来了解一下薄膜陶瓷基板和厚膜陶瓷基板,看看两者有什么不同。

1、薄膜陶瓷基板

薄膜陶瓷基板利用磁控溅射、真空蒸镀和电化学沉积等薄膜工艺在陶瓷基片表面形成金属层,然后通过掩膜和蚀刻等工艺形成特定的金属图形。
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特点:
  • 工作温度低,整个过程中的操作温度都低于300℃,不会因为高温造成材料和功能的破坏;

  • 金属陶瓷间结合强度高(>2kg/mm²);

  • 导热性能优良,导热率为24~170W/m·K。

  • 由于溅射镀膜沉积速度低,TFC基板表面金属层厚度较小(一般小于1μm);

  • 布线精度高,采用掩膜、蚀刻等精密操作,可制备高图形精度(线宽/线距小于10μm)陶瓷基板;

  • 金属层厚度可控
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图 薄膜电路,来源:UltraSource
薄膜陶瓷基板常用陶瓷基片:氧化铝、氮化铝和氧化铍等;主要应用:高功率、尺寸小、散热要求高、布线精度要求高的器件封装。例如用于激光器、激光雷达、LED等高功率芯片封装。

2、厚膜陶瓷基板

厚膜陶瓷基板是采用丝网印刷工艺印刷金属布线层,再脱脂烧结(一般为850~900℃)形成电路。其工艺流程如下图所示。根据金属浆料粘度和丝网网孔尺寸不同,制备的金属线路层厚度一般为10μm~20μm(提高金属层厚度可通过多次丝网印刷实现)。

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图  TPC基板制备工艺流程
特点:
  • 制备工艺简单,对加工设备和环境要求低,生产效率高、制造成本低;
  • 表面线路金属层与陶瓷的结合力很好,不易脱落;
  • 很好的抗热震性能,热稳定性很高;
  • 制备的金属线路层厚度一般为10μm~20μm(提高金属层厚度可通过多次丝网印刷实现);
  • 受浆料流变和丝网印刷精度影响,导致印刷电路图形的精度受到限制,无法获得高精度线路(最小线宽/线距一般大于100μm)。
  • 此外,为了降低烧结温度,提高金属层和陶瓷基片结合强度,通常在金属浆料中添加少量玻璃相,这会不可避免地降低金属布线层的电导率和热导率。

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图  厚膜陶瓷混合电路板,来源:宇斯特电子
因此厚膜印刷陶瓷基板仅应用于对线路精度要求不高的电子器件封装,如汽车电子。

3、薄膜陶瓷基板和厚膜陶瓷基板的区别

厚膜陶瓷基板与薄膜陶瓷基板的区别主要有两点:
1)膜厚的区别
厚膜陶瓷基板膜厚一般大于10μm,薄膜的膜厚小于10μm,大多处于小于1μm;
2)制造工艺的区别
厚膜陶瓷基板一般采用丝网印刷工艺,薄膜陶瓷基板采用的是真空蒸发、磁控溅射等工艺方法。
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文章资料:

1.陶瓷基板研究现状及新进展,陆琪等;

2.电子封装陶瓷基板,程浩,陈明祥等;

3.大功率白光LED封装结构和封装基板,方军,傅仁利等;

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原文始发于微信公众号(艾邦陶瓷展):薄膜陶瓷基板与厚膜陶瓷基板有什么不同?

作者 gan, lanjie