電子封裝陶瓷基板金屬化線路工藝的優(yōu)劣勢分享

電子封裝使用陶瓷基板封裝之前都需要對陶瓷基板金屬化，使得更加適應單子封裝的需要。金屬在高溫下對陶瓷表面的潤濕能力決定了金屬與陶瓷之間的結合力，良好的結合力是封裝性能穩(wěn)定性的重要保證。因此，如何在陶瓷表面實施金屬化并改善二者之間的結合力是陶瓷金屬化的工藝重點。陶瓷基片到陶瓷基板需要做金屬化工藝，今天小編主要分享電子封裝陶瓷基板金屬化工藝的特點。

“陶瓷基片”變“陶瓷基板”的各大金屬化工藝以及優(yōu)劣勢

  一，薄膜金屬化技術

       薄膜技術（ThinFilmCeramicSubstrate，TFC）是指采用蒸鍍、光刻與刻蝕等方法制備所需材料膜層的技術，薄膜的含義不只是膜的實際厚度，更多的是指在基板上的膜產生方式。厚膜技術是“加法技術”，而薄膜技術是“減法技術”。使用光刻與刻蝕等工藝使薄膜技術得到的圖形特征尺寸更小，線條更清晰，更適合高密度和高頻率環(huán)境。

薄膜電路的線條細（最小線寬2μm），精度高（線寬誤差2μm），但也正因“細小的線”不容起伏，薄膜電路對基片的表面質量要求高，所以用于薄膜電路的基板純度要求高（常見的是99.6%純度的氧化鋁），同時我們知道陶瓷的高純度也就代表的加工難度及成本的攀升。此外，細小的線，使其應用于大功率大電流存在較困難，因此主要應用通信領域小電流器件封裝。

二，厚膜金屬化技術

厚膜印刷陶瓷基板（Thick Printing Ceramic Substrate，TPC）是指采用絲網(wǎng)印刷的方式，將導電漿料直接涂布在陶瓷基體上，然后經高溫燒結使金屬層牢固附著于陶瓷基體上的制作工藝。根據(jù)金屬漿料粘度和絲網(wǎng)網(wǎng)孔尺寸不同，制備的金屬線路層厚度一般為幾微米到數(shù)十微米的膜層（提高金屬層厚度可通過多次絲網(wǎng)印刷實現(xiàn)）。

 優(yōu)缺點：由于絲網(wǎng)印刷工藝限制，TPC基板無法獲得高精度線路，因此TPC基板僅在對線路精度要求不高的電子器件封裝中得到應用。不過厚膜電路雖然精度粗糙（最小線寬/線距一般大于100μm），但其優(yōu)勢在于性能可靠，對加工設備和環(huán)境要求低，具有生產效率高，設計靈活，投資小，成本低，多應用于電壓高、電流大、大功率的場合。

 基材：厚膜集成電路最常用的基片是含量為96％和85％的氧化鋁陶瓷；當要求導熱性特別好時，可采用氧化鈹陶瓷。氮化鋁陶瓷雖然導熱性能也很好，但大多數(shù)金屬對氮化鋁陶瓷的潤濕性并不理想，因此使用氮化鋁作為基片材料時需要特殊工藝支持，常見的手段有：①是利用玻璃料作為粘結相使金屬層與AlN層達到機械結合；②是添加與AlN能夠反應的物質作為粘結相，通過與AlN反應達到化學結合。

 導電漿料：厚膜導體漿料的選擇是決定厚膜工藝的關鍵因素，它由功能相（即金屬粉末，粒徑在2μm以內）、粘結相（粘結劑）和有機載體所組成。常見的金屬粉末有Au、Pt、Au/Pt、Au/Pd、Ag、Ag/Pt、Ag/Pd、Cu、Ni、Al及W等金屬，其中以Ag、Ag/Pd和Cu漿料居多。粘結劑一般是玻璃料或金屬氧化物或是二者的混合物，其作用是連結陶瓷與金屬并決定著厚膜漿料對基體陶瓷的附著力，是厚膜漿料制作的關鍵。有機載體的作用主要是分散功能相和粘結相，同時使厚膜漿料保持一定的粘度，為后續(xù)的絲網(wǎng)印刷做準備，在燒結過程中會逐漸揮發(fā)。

三，DPC直接鍍銅

直接鍍銅（Directplatingcopper，DPC）工藝是在陶瓷薄膜工藝加工基礎上發(fā)展起來的陶瓷電路加工工藝。區(qū)別于傳統(tǒng)的厚膜和薄膜加工工藝，它的加工更加強化電化學加工要求。通過物理方法實現(xiàn)陶瓷表面金屬化以后，采用電化學加工導電銅和功能膜層。

                                                                               DPC陶瓷基板制備工藝

工藝簡述：激光在陶瓷基片上制備通孔（利用激光對DPC基板切孔與通孔填銅后，可實現(xiàn)陶瓷基板上下表面的互聯(lián)，從而滿足電子器件的三維封裝要求?？讖揭话銥?0μm~120μm），隨后利用超聲波清洗陶瓷基片；采用磁控濺射技術在陶瓷基片表面沉積金屬種子層(Ti/Cu)，接著通過光刻、顯影完成線路層制作；采用電鍍填孔和增厚金屬線路層，并通過表面處理提高基板可焊性與抗氧化性，最后去干膜、刻蝕種子層完成基板制備。

工藝優(yōu)劣勢：與其他陶瓷表面金屬化方法相比，DPC工藝操作溫度低，一般在300℃以下，降低了制造工藝成本，同時有效避免了高溫對材料的不利影響。DPC基板利用黃光微影技術制作圖形電路，線寬可控制在20～30μm，表面平整度可達3μm以下，圖形精度誤差可控制在±1%之內，非常適合對電路精度要求較高的電子器件封裝。其不足之處在于電鍍沉積銅層厚度有限，電鍍廢液污染大，金屬層與陶瓷間結合強度稍低。

四，直接覆銅（DBC）

     直接鍵合陶瓷基板亦稱直接敷銅陶瓷基板，（Direct Bonded Copper Ceramic Substrate，DBC）：在陶瓷表面(主要是Al2O3和AlN)鍵合銅箔的一種金屬化方法。

                                                                              DBC陶瓷基板制備工藝

其基本原理是在Cu與陶瓷之間引進氧元素，然后在1065~1083℃時形成Cu/O共晶液相，進而與陶瓷基體及銅箔發(fā)生反應生成CuAlO2或Cu(AlO2)2，并在中間相的作用下實現(xiàn)銅箔與基體的鍵合。因AlN屬于非氧化物陶瓷，其表面敷銅的關鍵在于在其表面形成一層Al2O3過渡層，并在過渡層的作用下實現(xiàn)銅箔與基體陶瓷的有效鍵合。

優(yōu)劣勢：DBC熱壓鍵合的銅箔一般較厚，為100~600μm，具有強大的載流能力，可滿足高溫、大電流等極端環(huán)境的器件封應用要求，是電力電子模塊中久經考驗的標準器件，在IGBT和LD封裝領域優(yōu)勢明顯，不過，DBC表面圖形最小線寬一般大于100μm，不適合精細線路的制作。

五，活性金屬焊接技術

     由于DBC陶瓷基板制備工藝溫度高，金屬陶瓷界面應力大，作為活性DBC的升級版本，活性金屬焊接陶瓷基板（Active Metal Brazing Ceramic Substrate，AMB）的金屬焊料中加入了少量活性元素（Ti、Zr、Hf、V、Nb或Ta等稀土元素制備），可大大降低銅箔與陶瓷基片間的鍵合溫度。

優(yōu)劣勢：AMB基板依靠活性焊料與陶瓷發(fā)生化學反應實現(xiàn)鍵合，因此結合強度高，可靠性好。但是該方法成本較高，合適的活性焊料較少，且焊料成分與工藝對焊接質量影響較大。

六，共燒技術

    共燒多層陶瓷基板因利用厚膜技術將信號線、微細線等無源元件埋入基板中能夠滿足集成電路的諸多要求，故在近幾年獲得了廣泛的關注。

共燒法有兩種，一種是高溫共燒（HTCC），另一種是低溫共燒（LTCC），兩者工藝流程基本相同，主要生產工藝流程均為漿料配制、流延生帶、干燥生坯、鉆導通孔、網(wǎng)印填孔、網(wǎng)印線路、疊層燒結以及最后的切片等后處理過程。兩種共燒法雖流程大致相同，但燒結的溫度卻相差很大。

                         典型的多層陶瓷基板的制造過程

    以上是分享的六種不同陶瓷基板金屬化工藝線路的簡述以及優(yōu)劣勢分享，更多電子封裝陶瓷基板金屬化的問題可以咨詢金瑞欣特種電路。金瑞欣高頻通訊、功率模組、大電流大功率器件等封裝產品均有成功的經驗和合作客戶，歡迎咨詢。