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陶瓷PCB製作技術

陶瓷電路板是指有陶瓷基板構成的線路板。陶瓷基板是指銅箔在高溫下直接鍵合到氧化鋁(Al2O3)或氮化鋁(AlN)陶瓷基片表面( 單面或雙面)上的特殊工藝板。所製成的超薄複合基板具有優良電絕緣性能,高導熱特性,優異的軟釺焊性和高的附著強度,並可像PCB板一樣能刻蝕出各種圖形,具有很大的載流能力。因此,陶瓷基板已成爲大功率電力電子電路結構技術和互連技術的基礎材料。

塑料和陶瓷材料的比較

目前爲止塑料尤其是環氧樹脂由於比較好的經濟性從而占據整個電子市場的統治地位,但是許多特殊領域比如高溫、線膨脹係數不匹配、氣密性、穩定性、機械性能等方面顯然不適合,即使在環氧樹脂中添加大量的有機溴化物也無濟於事。
相對於塑料材料,陶瓷材料也在電子工業扮演者重要的角色,其電阻高,高頻特性突出,且具有熱導率高、化學穩定性佳、熱穩定性和熔點高等優點。在電子線路的設計和製造非常需要這些的性能,因此陶瓷被廣泛用於不同厚膜、薄膜和電路的基板材料,還可以用作絕緣體,在熱性能要求苛刻的電路中做導熱通路以及用來製造各種電子元件。

陶瓷基板的製造

製造高純度的陶瓷基板是很困難的,大部分陶瓷熔點和硬度都很高,這一點限制了陶瓷機械加工的可能性,因此陶瓷基板中常常摻雜熔點較低的玻璃用於助熔或者粘接,使最終產品易於機械加工。Al2O3、BeO、AlN基板製備過程很相似,將基體材料研磨成粉直徑在幾微米左右,與不同的玻璃助熔劑和粘接劑(包括粉體的MgO、CaO)混合,此外還向混合物中加入一些有機粘接劑和不同的增塑劑再球磨防止團聚使成分均勻,成型生瓷片,最後高溫燒結。

目前陶瓷成型主要有如下幾種方法:

· 輥軸軋制:將漿料噴塗到一個平坦的表面,部分乾燥以形成黏度像油灰狀的薄片,再將薄片送入一對大的平行輥軸中軋碾得到厚度均勻的生瓷片。

· 流延:漿料通過鋒利的刀刃塗覆在一個移動的帶上形成薄片。與其他工藝相比這是一種低壓的工藝。

· 粉末壓制:粉末在硬模具腔內並施加很大的壓力(約138MPa)下燒結,儘管壓力不均勻可能產生過度翹曲但這一工藝生產的燒結件非常緻密,容差較小。

· 等靜壓粉末壓制:這種工藝使用使用周圍爲水或者爲甘油的模及使用高達69MPa的壓力這種壓力更爲均勻所製成的部件翹曲更小。

· 擠壓:漿料通過模具擠出這種工藝使用的漿料黏度較低,難以獲得較小容差,但是這種工藝非常經濟,並且可以得到比其他方法更薄的部件。

電路板、陶瓷基板與LTCC的關係

LTCC的意思是低溫共燒陶瓷,由於銀最大燒結溫度是920℃,爲了能在陶瓷上布銀線,所以進行低溫共燒。如果在陶瓷裡邊和表面上印刷了銀線路,並和陶瓷一同燒熟,即是所謂的陶瓷基板,LED燈上下面散熱和引線兩層功用的陶瓷板即是陶瓷基板,當然也有燒成不做基板用的,電路板當前大多是有機原料組成的。如今大家爲了完成更大集成化,期望把很多電容電阻電感等集成在PCB板中,而這些大多是陶瓷原料,需求高溫燒結,PCB燒不了,大家就想到了絕緣性能好並且能燒結高溫的陶瓷板,一起陶瓷介電常數等都是可調的
力道精工是少數可以生產陶瓷基板印刷薄膜電路的企業之一。可實現48小時快速生產。適應科研、教學機構的研發需求;縮減企業新產品研發周期,占領市場先機;可爲客戶量身設計,並快速生產,幫助解決客戶設計研發問題。

ü 快速:快速加工陶瓷基電路樣板;

ü 靈活:電路的金屬和厚度無限制;

ü 異型:陶瓷形狀和開孔無限制;

ü 便捷:金屬層預加工共晶焊墊。

主要產品:

陶瓷基板PCB樣板及小批量快板——以無機陶瓷材料氧化鋁,氮化鋁或氧化鈹作爲絕緣層,銅、銀和金爲導電材料,加工製備用於電子元器件封裝的單層或多層線路板。

ü AlN 單/雙面覆銅

ü AlN 薄膜電路

ü Al2O3單/雙面覆銅

ü Al2O3 薄膜電路

主要基材:

ü 氧化鋁陶瓷

 替代直接鍵合覆銅(DBC)工藝

 Al2O3 基板具有高可靠性,高導熱特性

 優良機械強度,拉力強度>5N/mm2

 加工成本低,適於民用推廣

ü 氮化鋁陶瓷

 替代直接鍵合覆銅(DBC)工藝

 AlN 基板可靠性高,超高導熱(λ > 150 W/m·K)

 優良機械強度,拉力強度>5N/mm2

 高導熱性能,滿足大功率器件散熱需要

工藝特點

 採用通過磁控濺射,圖形化光刻,干法溼法蝕刻,電鍍加厚工藝,在陶瓷基板上製作超細線條電路圖形。

陶瓷表面金屬化方式

 物理法:磁控濺射。

陶瓷與電路之間的連接層

 TaN/TiW/Ni/Au (導電層,4um厚度)

優缺點:

 優勢

 線條細(最小線寬15um);

 高精度(線寬縫寬誤差2um);

 可靠性高。

 缺點

 成本高;

 對陶瓷純度要求高;

 低電阻,大功率有困難。

應用領域

 (1)微帶電路器件:耦合器,功分器,濾波器,環形器;

 (2)陶瓷熱層,支撐片,短路片;

 (3)分立器件:螺旋電感,小電容量MIM電容;

 (4)高精細微電子電路。