LTCC基板材料

1、1、陶瓷基板現(xiàn)階段較普遍的陶瓷散熱基板種類共有LTCCHTCCDBCDPC®種，其中HTC01于較早期發(fā)展之技術(shù)，但由于其較高的工藝溫度（13001600C）,使其電極材料的選擇受限，且制作成本相當昂貴，這些因素促使LTCC的發(fā)展，LTCC雖然將共燒溫度降至約850C,但其尺寸精確度、產(chǎn)品強度等技術(shù)上的問題尚待突破。而DBSDPCW為近幾年才開發(fā)成熟，且能量產(chǎn)化的專業(yè)技術(shù)，但對于許多人來說，此兩項專業(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。DBC5利用高溫加熱將A12O3與Cu板結(jié)合，其技術(shù)瓶頸在于不易解決A12O3與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

2、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A12O3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之線路設計、尺寸、發(fā)光效率等條件的不同有設計上的差異，以目前市面上最常見的可區(qū)分為（一）系統(tǒng)電路板，其主要是作為LED最后將熱能傳導到大氣中、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）

3、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，以下本文將針對陶瓷LED芯片基板的種類做深入的探討。進而更加瞭解四種陶瓷散熱基板制造過無機的氧化鋁粉與約30%50%）玻璃材接著利用刮刀把漿料刮成片狀，再經(jīng)由然后依各層的設計鉆導通孔，作為各層訊3.對四種陶瓷散熱基

4、板的生產(chǎn)流程做進一步的說明，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)須先將料加上有機黏結(jié)劑，使其混合均勻成為泥狀的漿料,一道干燥過程將片狀漿料形成一片片薄薄的生胚，號的傳遞，LTCC內(nèi)部線路則運用網(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作，放置于850900c的燒結(jié)爐中燒結(jié)成型，即可完成。詳細制造過程如圖1LTCC生產(chǎn)流程圖。使用制切技型兩印埃兀調(diào)Fp嫌路LED合板粒例iLED財富IWWW.LEDWNr9vwv圖1LTCC生產(chǎn)流程圖2-2HTCC

5、(High-TemperatureCo-firedCeramic)HTCCX稱為高溫共燒多層陶瓷，生產(chǎn)制造過程與LTCC極為相似，主要的差異點在于HTCC的陶瓷粉末并無加入玻璃材質(zhì)，因此，HTCC勺必須再高溫13001600c環(huán)境下干燥硬化成生胚，接著同樣鉆上導通孔，以網(wǎng)版印刷技術(shù)填孔與印制線路，因其共燒溫度較高，使得金屬導體材料的選擇受限，其主要的材料為熔點較高但導電性卻較差的鴇、鋁、鎰等金屬，最后再疊層燒結(jié)成型。2-3DBC(DirectBondedCopper)DBCM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10651085c的環(huán)境加熱，使銅

6、金屬因高溫氧化、擴散與Al2O3材質(zhì)產(chǎn)生(Eutectic)共晶熔體，使銅金與陶瓷基板黏合，形成陶瓷復合金屬基板，最后依據(jù)線路設計，以蝕刻方式備制線路，DBC制造流程圖如下圖2。策it他Ceramic用.，及醫(yī)楨iBOO'C晶國名愫日遇基板禽舍CeramicCeramicCeram：cCeramicEitctroplatingCuCeramicCeramic早前方式增NT度LED期窗網(wǎng)WWW.LEDWN.COM圖2DBC制造流程圖2-4DPC（DirectPlateCopper）DPC稱為直接鍍銅基板，以曖司柏DPCg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

7、膜方式于陶瓷基板上濺鍍結(jié)合于銅金屬復合層，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DPC生產(chǎn)流程圖如下圖3。AF2O3/AINSpurtvrCu用士基片點名好圖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，接下來將近一步的探討各個散熱基板的特性具有哪些差異，而各項特性又分別代表了什么樣的意義，為何會影響了散熱基板在應用時必須作為考量的重點。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）熱傳導率、（2）工藝溫度、（3）線路制作方法、（4）線徑寬度，四項特性

8、作進一步的討論：表一、陶瓷散熱基板特性比較itemLTCCHTCCcm尸匯總直伊奧(N/mK)16fl7W/mKAl2O32C24W/mKAE2O32O-24VAIN:170-220V操作瑁境溫度“)850900t13001600JC106S-10851C250"”瞋"厚別事凄印刷幅戮程攜徑索度15CumL50umISOumWWW,L£DWN3-1熱傳導率熱傳導率又稱為熱導率，它代表了基板材料本身直接傳導熱能的一種能力，數(shù)值愈高代表其散熱能力愈好。LED散熱基板最主要的作用就是在于，如何有效的將熱能從LED芯片傳導到系統(tǒng)散熱，以降低LED芯片的溫度，增加發(fā)光效率與

9、延長LED壽命，因此，散熱基板熱傳導效果的優(yōu)劣就成為業(yè)界在選用散熱基板時，重要的評估項目之一。檢視表一，由四種陶瓷散熱基板的比較可明看出，雖然A12O3材料之熱傳導率約在2024之間，LTCC為降低其燒結(jié)溫度而添加了30%50啕玻璃材料，使其熱傳導率降至23W/m必右；而HTCCS其普遍共燒溫度略低于純A12O3基板之燒結(jié)溫度，而使其因材料密度較低使得熱傳導系數(shù)低A12O3基板約在1617W/mK間。一般來說，LTCCWHTCO熱效果并不如DBC與DPO熱基板里想。3-2操作環(huán)境溫度操作環(huán)境溫度，主要是指產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中，使用到最高工藝溫度，而以一生產(chǎn)工藝而言，所使用的溫度愈高，相對的制造成本

10、也愈高，且良率不易掌控。HTCCT藝本身即因為陶瓷粉末材料成份的不同，其工藝溫度約在13007600c之間，而LTCC/DBC勺工藝溫度亦約在8501000c之間。此外，HTCCfLTCC工藝后對必須疊層后再燒結(jié)成型，使得各層會有收縮比例問題，為解決此問題相關(guān)業(yè)者也在努力尋求解決方案中。另一方面，DBC寸工藝溫度精準度要求十分嚴苛，必須于溫度極度穩(wěn)定的10651085C溫度范圍下，才能使銅層熔煉為共晶熔體，與陶瓷基板緊密結(jié)合，若生產(chǎn)工藝的溫度不夠穩(wěn)定，勢必會造成良率偏低的現(xiàn)象。而在工藝溫度與裕度的考量，DPCm工藝溫度僅需250350c左右的溫度即可完成散熱基板的制作，完全避免了高溫對于材料所

11、造成的破壞或尺寸變異的現(xiàn)象，也排除了制造成本費用高的問題。5.jpg（44.83KB,下載次數(shù)：1）項目尊碑程厚膜短程螺路精潭度精莘度鼓高差值低於十/-1%以印刷方式成形差值敕高以一1。%霰懵材料材料稍定度較高易受兼料均勻性影轡城表面表面平整度高侵度低差值1-3Um錐敕不易，簧用敕高生普上較熟曾易附著性趣須高溫煤精不售有氧化物生成*附著性佳附著性受基板材寰影簪姒基板尤差喉躋位置使用嵯光影相勤位置精型度高朝版編!史D財善WWW.LEDWN.COMkk1idL1一"006.jpg（55.12KB,下載次數(shù)：1）需EM鹿用葡圉Bi用氧洌圄葉JCCLED骰熟基板、RFModules、手橫通舒

12、1、密芽(Bluetooth)、維獴路(WLAN)輿全球衢星定位系統(tǒng)(GPS)，等pHTCC工劇渠技淅、竄事、科學'通飄、翳瘤、璜保，字航等量多領(lǐng)域J略DBCLED散熟基板、太隔能重池板能件、通til、電用窗子等DPC高功率LED陶密散熟基板、覆晶/共晶封裝基板太隔能HCPVheat-Sink、微波藐,泉逋飄、羋噂、里事重于、整合型被勃/保元件、各式感測器基板.等'F-JSJLED財富網(wǎng)WWW,L£DWN.COM3-3工藝能力在表一中的工藝能力，主要是表示各種散熱基板的金屬線路是以何種工藝技術(shù)完成，由于線路制造/成型的方法直接影響了線路精準度、表面粗糙鍍、對位精準度等

13、特性，因此在高功率小尺寸的精細線路需求下，工藝解析度便成了必須要考慮的重要項目之一。LTCC與HTCC均是采用厚膜印刷技術(shù)完成線路制作，厚膜印刷本身即受限于網(wǎng)版張力問題，一般而言，其線路表面較為粗糙，且容易造成有對位不精準與累進公差過大等現(xiàn)象。此外，多層陶瓷疊壓燒結(jié)工藝，還有收縮比例的問題需要考量，這使得其工藝解析度較為受限。而DBC雖以微影工藝備制金屬線路，但因其工藝能力限制，金屬銅厚的下限約在150300um之間，這使得其金屬線路的解析度上限亦僅為150300um之間（以深寬比1:1為標準）。而DPC則是采用的薄膜工藝制作，利用了真空鍍膜、黃光微影工藝制作線路，使基板上的線路能夠更加精確，

14、表面平整度高，再利用電鍍/電化學鍍沉積方式增加線路的厚度，DPC金屬線路厚度可依產(chǎn)品實際需求（金屬厚度與線路解析度）而設計。一般而言，DPC金屬線路的解析度在金屬線路深寬比為1:1的原則下約在1050um之間。因此，DPC杜絕了LTCC/HTCC的燒結(jié)收縮比例及厚膜工藝的網(wǎng)版張網(wǎng)問題。下表二即為厚膜與薄膜工藝產(chǎn)品的差異做簡單的比較。表二、薄膜與厚膜工藝產(chǎn)品之差異分析Source：曖司柏電子-LED散熱基板之厚膜與薄膜工藝差異分析4、陶瓷散熱基板之應用外型亦有所差別。另一方面，各種陶瓷基板也可LTCC散熱基板在LED產(chǎn)品的應用上，大多以基本上外觀大多呈現(xiàn)凹杯狀，且依客戶端的需求陶瓷散熱基板會因應

15、需求及應用上的不同,依產(chǎn)品制造方法的不同，作出基本的區(qū)分。大尺寸高功率以及小尺寸低功率產(chǎn)品為主,可制作出有導線架&沒有導線架兩種散熱基板，凹杯形狀主要是針對封裝工藝采用較簡易的點膠方式封裝成型所設計，并利用凹杯邊緣作為光線反射的路徑，但LTCC本身即受限于工藝因素，使得產(chǎn)品難以備制成小尺寸，再者，采用了厚膜制作線路，使得線路精準度不足以符合高功率小尺寸的LED產(chǎn)品。而與LTCC工藝與外觀相似的HTCC,在LED散熱基板這一塊，尚未被普遍的使用，主要是因為HTCC采用13001600c高溫干燥硬化，使生產(chǎn)成本的增加，相對的HTCC基板費用也高，因此對極力朝低成本趨向邁進LED產(chǎn)業(yè)而言，面

16、臨了較嚴苛的考驗HTCC。另一方面，DBC與DPC則與LTCC/HTCC不僅有外觀上白差異，連LED產(chǎn)品封裝方式亦有所不同，DBC/DPC均是屬于平面式的散熱基板，而平面式散熱基板可依客制化備制金屬線路加工，再根據(jù)客戶需求切割成小尺寸產(chǎn)品，輔以共晶/覆晶工藝，結(jié)合已非常純熟的螢光粉涂布技術(shù)及高階封裝工藝技術(shù)鑄膜成型，可大幅的提升LED的發(fā)光效率。然而，DBC產(chǎn)品因受工藝能力限制，使得線路解析度上限僅為150300um,若要特別制作細線路產(chǎn)品，必須采用研磨方式加工，以降低銅層厚度，但卻造成表面平整度不易控制與增加額外成本等問題，使得DBC產(chǎn)品不易于共晶/覆晶工藝高線路精準度與高平整度的要求之應用

17、。DPC利用薄膜微影工藝備制金屬線路加工，具備了線路高精準度與高表面平整度的的特性，非常適用于覆晶/共晶接合方式的工藝，能夠大幅減少LED產(chǎn)品的導線截面積，進而提升散熱的效率。各種陶瓷散熱基板之范例圖片與其應用范圍如下表三。表三、陶瓷散熱基板之應用范圍5、結(jié)論經(jīng)上述各陶瓷基板之生產(chǎn)流程、特性比較、以及應用范圍說明后，可明確的比較出個別的差異性。其中，LTCC散熱基板在LED產(chǎn)業(yè)中已經(jīng)被廣泛的使用，但LTCC為了降低燒結(jié)溫度，于材料中加入了玻璃材料，使整體的熱傳導率降低至23W/mK之間，比其他陶瓷基板都還要低。再者，LTCC使用網(wǎng)印方式印制線路，使線路本身具有線徑寬度不夠精細、以及網(wǎng)版張網(wǎng)問題，導致線路精準度不足、表面平整度不佳等現(xiàn)象，加上多層疊壓燒結(jié)又有基板收縮比例的問題要考量，并不符合高功率小尺寸的需求，因此在LED產(chǎn)業(yè)的應用目前多以高功率大尺寸，或是低功率產(chǎn)品為主。而與LTCC工藝相似的HTCC以13001600c的高溫干燥硬化，使生產(chǎn)成本偏高，居于成本考量鮮少目前鮮少使用于LED產(chǎn)業(yè)，且HTCC與LTCC有相同的問題，亦不適用于高功率小尺寸的LED產(chǎn)品。另一方面，為了使DBC的銅層與陶瓷基板附著性佳，必須因采用10651085c高溫熔煉，制造費用較高，且有基板與Cu板間有微氣孔問題不易解決，使得DBC產(chǎn)品產(chǎn)能與良率受到極大的考驗；再者，若