LTCC基板材料

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1、1、陶瓷基板現(xiàn)階段較普遍的陶瓷散熱基板種類共有LTCC、HTCC、DBC、DPC四種，其中HTCC屬于較早期發(fā)展之技術(shù)，但由于其較高的工藝溫度(1300~1600℃)，使其電極材料的選擇受限，且制作成本相當(dāng)昂貴，這些因素促使LTCC的發(fā)展，LTCC雖然將共燒溫度降至約850℃，但其尺寸精確度、產(chǎn)品強(qiáng)度等技術(shù)上的問題尚待突破。而DBC與DPC則為近幾年才開發(fā)成熟，且能量產(chǎn)化的專業(yè)技術(shù)，但對(duì)于許多人來(lái)說(shuō)，此兩項(xiàng)專業(yè)的工藝技術(shù)仍然很陌生，甚至可能將兩者誤解為同樣的工藝。DBC乃利用高溫加熱將Al2O3與Cu板結(jié)合，其技術(shù)瓶頸在于不易解決Al2O3與

2、Cu板間微氣孔產(chǎn)生之問題，這使得該產(chǎn)品的量產(chǎn)能量與良率受到較大的挑戰(zhàn)，而DPC技術(shù)則是利用直接披覆技術(shù)，將Cu沉積于Al2O3基板之上，其工藝結(jié)合材料與薄膜工藝技術(shù)，其產(chǎn)品為近年最普遍使用的陶瓷散熱基板。然而其材料控制與工藝技術(shù)整合能力要求較高，這使得跨入DPC產(chǎn)業(yè)并能穩(wěn)定生產(chǎn)的技術(shù)門檻相對(duì)較高。2、現(xiàn)階段LED散熱情況LED散熱技術(shù)隨著高功率LED產(chǎn)品的應(yīng)用發(fā)展，已成為各家業(yè)者相繼尋求解決的議題，而LED散熱基板的選擇亦隨著LED之線路設(shè)計(jì)、尺寸、發(fā)光效率…等條件的不同有設(shè)計(jì)上的差異，以目前市面上最常見的可區(qū)分為(一)系統(tǒng)電路板，其主要是作

3、為L(zhǎng)ED最后將熱能傳導(dǎo)到大氣中、散熱鰭片或外殼的散熱系統(tǒng)，而列為系統(tǒng)電路板的種類包括：鋁基板(MCPCB)、印刷電路板(PCB)以及軟式印刷電路板(FPC)。(二)LED芯片基板，是屬于LED芯片與系統(tǒng)電路板兩者之間熱能導(dǎo)出的媒介，并藉由共晶或覆晶與LED芯片結(jié)合。為確保LED的散熱穩(wěn)定與LED芯片的發(fā)光效率，近期許多以陶瓷材料作為高功率LED散熱基板之應(yīng)用，其種類主要包含有：低溫共燒多層陶瓷(LTCC)、高溫共燒多層陶瓷(HTCC)、直接接合銅基板(DBC)、直接鍍銅基板(DPC)四種，以下本文將針對(duì)陶瓷LED芯片基板的種類做深入的探討。3

4、.對(duì)四種陶瓷散熱基板的生產(chǎn)流程做進(jìn)一步的說(shuō)明，進(jìn)而更加瞭解四種陶瓷散熱基板制造過程的差異。2-1LTCC(Low-TemperatureCo-firedCeramic)LTCC又稱為低溫共燒多層陶瓷基板，此技術(shù)須先將無(wú)機(jī)的氧化鋁粉與約30%~50%的玻璃材料加上有機(jī)黏結(jié)劑，使其混合均勻成為泥狀的漿料，接著利用刮刀把漿料刮成片狀，再經(jīng)由一道干燥過程將片狀漿料形成一片片薄薄的生胚，然后依各層的設(shè)計(jì)鉆導(dǎo)通孔，作為各層訊號(hào)的傳遞，LTCC內(nèi)部線路則運(yùn)用網(wǎng)版印刷技術(shù)，分別于生胚上做填孔及印制線路，內(nèi)外電極則可分別使用銀、銅、金等金屬，最后將各層做疊層動(dòng)

5、作，放置于850~900℃的燒結(jié)爐中燒結(jié)成型，即可完成。詳細(xì)制造過程如圖1LTCC生產(chǎn)流程圖。圖1LTCC生產(chǎn)流程圖2-2HTCC(High-TemperatureCo-firedCeramic)HTCC又稱為高溫共燒多層陶瓷，生產(chǎn)制造過程與LTCC極為相似，主要的差異點(diǎn)在于HTCC的陶瓷粉末并無(wú)加入玻璃材質(zhì)，因此，HTCC的必須再高溫1300~1600℃環(huán)境下干燥硬化成生胚，接著同樣鉆上導(dǎo)通孔，以網(wǎng)版印刷技術(shù)填孔與印制線路，因其共燒溫度較高，使得金屬導(dǎo)體材料的選擇受限，其主要的材料為熔點(diǎn)較高但導(dǎo)電性卻較差的鎢、鉬、錳…等金屬，最后再疊層燒結(jié)

6、成型。2-3DBC(DirectBondedCopper)DBC直接接合銅基板，將高絕緣性的Al2O3或AlN陶瓷基板的單面或雙面覆上銅金屬后，經(jīng)由高溫1065~1085℃的環(huán)境加熱，使銅金屬因高溫氧化、擴(kuò)散與Al2O3材質(zhì)產(chǎn)生(Eutectic)共晶熔體，使銅金與陶瓷基板黏合，形成陶瓷復(fù)合金屬基板，最后依據(jù)線路設(shè)計(jì)，以蝕刻方式備制線路，DBC制造流程圖如下圖2。圖2DBC制造流程圖2-4DPC(DirectPlateCopper)DPC亦稱為直接鍍銅基板，以璦司柏DPC基板工藝為例：首先將陶瓷基板做前處理清潔，利用薄膜專業(yè)制造技術(shù)－真空鍍膜

7、方式于陶瓷基板上濺鍍結(jié)合于銅金屬?gòu)?fù)合層，接著以黃光微影之光阻被覆曝光、顯影、蝕刻、去膜工藝完成線路制作，最后再以電鍍/化學(xué)鍍沉積方式增加線路的厚度，待光阻移除后即完成金屬化線路制作，詳細(xì)DPC生產(chǎn)流程圖如下圖3。圖3DPC制造流程圖3、陶瓷散熱基板特性在瞭解陶瓷散熱基板的制造方法后，接下來(lái)將近一步的探討各個(gè)散熱基板的特性具有哪些差異，而各項(xiàng)特性又分別代表了什么樣的意義，為何會(huì)影響了散熱基板在應(yīng)用時(shí)必須作為考量的重點(diǎn)。以下表一陶瓷散熱基板特性比較中，本文取了散熱基板的：(1)熱傳導(dǎo)率、(2)工藝溫度、(3)線路制作方法、(4)線徑寬度，四項(xiàng)特性

8、作進(jìn)一步的討論：表一、陶瓷散熱基板特性比較3-1熱傳導(dǎo)率熱傳導(dǎo)率又稱為熱導(dǎo)率，它代表了基板材料本身直接傳導(dǎo)熱能的一種能力，數(shù)值愈高代表其散熱能力愈好。LED散熱基板