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陶瓷PCB制作技术

陶瓷电路板是指有陶瓷基板构成的线路板。陶瓷基板是指铜箔在高温下直接键合到氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)陶瓷基片表面( 单面或双面)上的特殊工艺板。所制成的超薄复合基板具有优良电绝缘性能,高导热特性,优异的软钎焊性和高的附着强度,并可像PCB板一样能刻蚀出各种图形,具有很大的载流能力。因此,陶瓷基板已成为大功率电力电子电路结构技术和互连技术的基础材料。

塑料和陶瓷材料的比较

目前为止塑料尤其是环氧树脂由於比较好的经济性从而占据整个电子市场的统治地位,但是许多特殊领域比如高温、线膨胀系数不匹配、气密性、稳定性、机械性能等方面显然不适合,即使在环氧树脂中添加大量的有机溴化物也无济于事。
相对于塑料材料,陶瓷材料也在电子工业扮演者重要的角色,其电阻高,高频特性突出,且具有热导率高、化学稳定性佳、热稳定性和熔点高等優點。在电子线路的设计和制造非常需要这些的性能,因此陶瓷被广泛用于不同厚膜、薄膜和电路的基板材料,还可以用作绝缘体,在热性能要求苛刻的电路中做导热通路以及用来制造各种电子元件。

陶瓷基板的制造

制造高純度的陶瓷基板是很困难的,大部分陶瓷熔点和硬度都很高,这一点限制了陶瓷机械加工的可能性,因此陶瓷基板中常常掺杂熔点较低的玻璃用于助熔或者粘接,使最终产品易于机械加工。Al2O3、BeO、AlN基板制备过程很相似,将基体材料研磨成粉直径在几微米左右,与不同的玻璃助熔剂和粘接剂(包括粉体的MgO、CaO)混合,此外还向混合物中加入一些有机粘接剂和不同的增塑剂再球磨防止团聚使成分均匀,成型生瓷片,最后高温烧结。

目前陶瓷成型主要有如下几种方法:

· 辊轴轧制:将浆料喷涂到一个平坦的表面,部分干燥以形成黏度像油灰状的薄片,再将薄片送入一对大的平行辊轴中轧碾得到厚度均匀的生瓷片。

· 流延 :浆料通过锋利的刀刃涂覆在一个移动的带上形成薄片。与其他工艺相比这是一种低压的工艺。

· 粉末压制:粉末在硬模具腔内并施加很大的压力(约138MPa)下烧结,尽管压力不均匀可能产生过度翘曲但这一工艺生产的烧结件非常致密,容差较小。

· 等静压粉末压制:这种工艺使用使用周围为水或者为甘油的模及使用高达69MPa的压力这种压力更为均匀所制成的部件翘曲更小。

· 挤压:浆料通过模具挤出这种工艺使用的浆料黏度较低,难以获得较小容差,但是这种工艺非常经济,并且可以得到比其他方法更薄的部件。

电路板、陶瓷基板与LTCC的关系

LTCC的意思是低温共烧陶瓷,由于银最大烧结温度是920℃,为了能在陶瓷上布银线,所以进行低温共烧。如果在陶瓷里边和表面上印刷了银线路,并和陶瓷一同烧熟,即是所谓的陶瓷基板,LED灯上下面散热和引线两层功用的陶瓷板即是陶瓷基板,当然也有烧成不做基板用的,电路板当前大多是有机原料组成的。如今大家为了完成更大集成化,期望把很多电容电阻电感等集成在PCB板中,而这些大多是陶瓷原料,需求高温烧结,PCB烧不了,大家就想到了绝缘性能好并且能烧结高温的陶瓷板,一起陶瓷介电常数等都是可调的
力道精工是少数可以生产陶瓷基板印刷薄膜电路的企业之一。可实现48小时快速生产。适应科研、教学机构的研发需求;缩减企业新产品研发周期,占领市场先机;可为客户量身设计,并快速生产,帮助解决客户设计研发问题。

ü 快速:快速加工陶瓷基电路样板;

ü 灵活:电路的金属和厚度无限制;

ü 异型:陶瓷形状和开孔无限制;

ü 便捷:金属层预加工共晶焊垫。

主要产品:

陶瓷基板PCB样板及小批量快板——以无机陶瓷材料氧化铝,氮化铝或氧化铍作为绝缘层,铜、银和金为导电材料,加工制备用于电子元器件封装的单层或多层线路板。

ü AlN 单/双面覆铜

ü AlN 薄膜电路

ü Al2O3单/双面覆铜

ü Al2O3 薄膜电路

主要基材:

ü 氧化铝陶瓷

 替代直接键合覆铜(DBC)工艺

 Al2O3 基板具有高可靠性,高导热特性

 优良机械强度,拉力强度>5N/mm2

 加工成本低,适于民用推广

ü 氮化铝陶瓷

 替代直接键合覆铜(DBC)工艺

 AlN 基板可靠性高,超高导热(λ > 150 W/m·K)

 优良机械强度,拉力强度>5N/mm2

 高导热性能,满足大功率器件散热需要

工艺特点

 采用通过磁控溅射,图形化光刻,干法湿法蚀刻,电镀加厚工艺,在陶瓷基板上制作超细线条电路图形。

陶瓷表面金属化方式

 物理法:磁控溅射。

陶瓷与电路之间的连接层

 TaN/TiW/Ni/Au (导电层,4um厚度)

优缺点:

 优势

 线条细(最小线宽15um);

 高精度(线宽缝宽误差2um);

 可靠性高。

 缺点

 成本高;

 对陶瓷纯度要求高;

 低电阻,大功率有困难。

应用领域

 (1)微带电路器件:耦合器,功分器,滤波器,环形器;

 (2)陶瓷热层,支撑片,短路片;

 (3)分立器件:螺旋电感,小电容量MIM电容;

 (4)高精细微电子电路。