中國粉體網訊 隨著半導體照明技術的發展，大功率、小尺寸LED器件的散熱要求越來越高。相對于金屬材料，陶瓷材料有較多的技術優勢：耐腐蝕性好、機械強度高、絕緣性能強、加工工藝簡單、封裝可靠性高等，因此成為新一代LED封裝散熱基板材料的重要選擇。
（圖片來源于網絡）
陶瓷基板材料
陶瓷基板材料主要有Al2O3、BeO、AlN、Si3N4、SiC等。
（1）Al2O3陶瓷基板
Al2O3陶瓷基板由于價格低廉、力學性能較好，而且工藝技術純熟，是目前應用最為廣泛的陶瓷基板材料。但是Al2O3陶瓷的熱導率較低（24W/(m·k），在一定程度上限制了其在大功率電子產品中的應用。
（2）BeO陶瓷基板
BeO陶瓷導熱性能優良，綜合性能良好，能夠滿足較高的電子封裝要求，但是其熱導率隨溫度波動變化較大，溫度升高其熱導率大幅下降。此外，BeO有劇毒，已逐漸淡出封裝應用領域。
（3）SiC陶瓷基板
SiC陶瓷具有很高的熱導率，熱膨脹系數也與Si接近，而且SiC的物理性能較好，具有高耐磨性和高硬度，但是SiC是強共價鍵化合物，燒結溫度高達2000多攝氏度，而且需要加入少量的燒結助劑才能燒結致密，導致SiC陶瓷基板制備能耗大，生產成本高。
（4）Si3N4陶瓷基板
Si3N4陶瓷的熱導率與抗彎強度較高，能滿足集成電路向高集成化、多層化、輕型化等特性發展，另外Si3N4陶瓷的強度和斷裂韌性較高，耐熱疲勞性能良好，是一種有著良好發展前景的高熱導率高強度陶瓷基板材料。
（5）AlN陶瓷基板
AlN陶瓷作為一種新型的LED封裝基板材料，具有熱導率高（其理論熱導率可達320W/(m·k）)、強度高、熱膨脹系數低、介電損耗小、耐高溫及化學腐蝕，而且無毒環保等優良性能，是被國內外一致看好最具發展前景的一種陶瓷材料。
DPC技術機理
應用比較廣泛的LED陶瓷基板主要有四類：厚膜燒結陶瓷基板(TFC)、多層共燒陶瓷基板、直接鍵合陶瓷基板(DBC)及直接電鍍陶瓷基板(DPC)。今天我們來了解一下直接電鍍陶瓷基板(DPC)。
直接電鍍陶瓷基板(DirectPlatedCopper，DPC)，采用磁控濺射沉積一層種子層，然后通過光刻、顯影等工藝完成線路制備，接著利用電鍍增厚線路層達到所需厚度，最后去除光刻膠完成整個工藝流程。相對于DBC高溫工藝，DPC制備工藝控制在300℃以下，避免高溫對材料性能的影響，并且可以較精確的控制銅層厚度，因此DPC線路精度高于DBC，可以到達50μm以下。另外通過激光打孔可以實現垂直結構的電互連，減小封裝尺寸。
DPC陶瓷基板制備工藝
DPC陶瓷基板導熱性能優良，線路對準精度高，化學性質穩定，機械強度高，適用于大功率LED封裝工藝。整個工藝流程下圖所示：
DPC基板制作工藝流程圖
首先完成陶瓷基板的通孔制作，通常采用激光技術快速打孔，目的是實現基板垂直方向的電互連；磁控濺射一層種子層，一般采用鈦和銅作為種子層材料，鈦作為粘附層可以提高種子層與陶瓷基體的結合強度；黃光環境下，在種子層表面涂覆一層干膜，曝光、顯影獲得所需的線路，干膜工藝的優勢在于省掉了勻膠過程，簡化工藝，并且易于實現多層疊加，制作厚度達幾百微米的線路結構，即使利用單層干膜，線路厚度也可以到達50μm左右，因此線路增厚時可以獲得效果良好的垂直側壁結構。
然后電鍍增厚線路，提高線路的導電性和耐電流沖擊性；鎳金工藝，銅層增厚完成后，在銅層表面完成鎳金層，可以采用化學鎳金工藝，或者電鍍鎳、濺射金層完成鎳金層，鎳作為阻擋層，防止活潑的銅原子漂移到金層中，影響金層性能，金層作為保護層和焊接層，一方面可以保護銅層不被氧化，另一方面金的焊接性能非常好，易于保證金線鍵合的強度；去除干膜，再用干膜或其他光刻膠做一層線路保護層，刻蝕掉多余的種子層，去膠完成整個DPC陶瓷基板的制備。
DPC的優點與不足
優點：
（1）低溫工藝（300℃以下），完全避免了高溫對材料或線路結構的不利影響，也降低了制造工藝成本。
（2）采用薄膜與光刻顯影技術，使基板上的金屬線路更加精細（線寬尺寸20~30m，表面平整度低于0.3m，線路對準精度誤差小于±1%），因此DPC基板非常適合對準精度要求較高的電子器件封裝。特別是采用激光打孔與通孔填銅技術后（實現陶瓷基板上下表面互聯），可實現電子器件三維封裝，降低器件體積，提高封裝集成度。
缺點：
（1）電鍍沉積銅層厚度有限，且電鍍廢液污染大；
（2）金屬層與陶瓷間的結合強度較低，產品應用時可靠性較低。
（3）電鍍生長速度低，線路層厚度有限(一般控制在10μm~100μm)，難以滿足大電流功率器件封裝需求。
綜上，將DPC技術應用于制備AlN陶瓷基板，能夠充分發揮AlN陶瓷優異的物理性能。同時，它制備工藝溫度較低，完全避免了高溫對于材料所造成的破壞或尺寸變異等現象，也減小了基板的制備成本。AlN-DPC陶瓷基板相較于其它幾種基板，更容易滿足高密度封裝的條件。
為促進氮化鋁陶瓷基板產業技術的發展，中國粉體網旗下粉體公開課平臺將于2021年2月2日舉辦首屆“2021氮化鋁陶瓷粉體及基板技術網絡研討會”。為企業管理、技術人員提供一個深度交流、深入思考、磨煉內功、強化自身的平臺。來自華中科技大學的陳明祥教授將走進粉體公開課的直播間，給大家帶來題為《氮化鋁陶瓷電路板技術研發與產業化》的報告。屆時，陳明祥教授將重點介紹氮化鋁陶瓷電路板（AlN-DPC）技術研發、產業化及其在第三代半導體、高溫電子器件、高頻晶振、小型熱電制冷器等領域的應用，并將對相關技術發展進行展望。
專家介紹：
陳明祥，華中科技大學機械學院教授、博士生導師、武漢光電國家研究中心研究員、廣東省珠江學者講座教授、武漢利之達科技創始人。本科和碩士畢業于武漢理工大學材料學院，博士畢業于華中科技大學光電學院，美國佐治亞理工學院封裝研究中心博士后。主要從事先進電子封裝技術研發，包括功率器件封裝（如LED、LD、IGBT、CPV等）、低溫鍵合、系統集成技術等；主持科研項目包括國家自然科學基金、國家重點研發計劃、科技部“863計劃”與支撐計劃項目、總裝預研基金重點項目、廣東省產學研合作重點項目、湖北省科技創新重點項目、武漢市科技成果轉化重大項目等；已發表學術論文60余篇（其中SCI檢索50余篇），獲授權發明專利20余項（其中DPC陶瓷基板技術已通過專利轉讓實現產業化）。曾獲國家技術發明二等獎（2016）、教育部技術發明一等獎（2015）、廣東省科學技術三等獎（2010）等。
參考來源：
[1]程浩，陳明祥等.電子封裝陶瓷基板
[2]程浩，陳明祥等.功率電子封裝用陶瓷基板技術與應用進展
[3]吳朝暉，陳明祥等.大功率LED封裝基板技術與發展現狀
[4]張學斌.鍍銅陶瓷基板制備與LED封裝應用研究
[5]郝自亮.應用化學鍍的DPC陶瓷基板制備技術研究
[6]王文君等.大功率LED封裝基板研究進展
（中國粉體網編輯整理/山川）
注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除
