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陶瓷基板 (Ceramic PCB, Ceramic Substrate)
说明:陶瓷基板为电路板的一种,与传统FR-4或铝基板不同的是,其具有与半导体接近的热膨胀系数及高耐热能力,适用于具备高发热量的产品(高亮度LED、太阳能),其优异的耐候特性更可适用于较恶劣之户外环境。 | | 主要应用产品:高功率LED载板、LED车灯、LED路灯、太阳能inverter | | | | | | | LED路灯 | | 太阳能inverter | | | |
陶瓷基板特色:
结构:优秀机械强度、低曲翘度、热膨胀系数接近硅晶圆(氮化铝)、高硬度、加工性好、尺寸精度高
气候:适用高温高湿环境、热导率高、耐热性佳、耐腐蚀与磨耗、抗UV&黄化
化学:无铅、无毒、化学稳定性好
电性:高绝缘电阻、容易金属化、电路图形与之附着力强
市场:材料丰富(陶土、铝) 、制造容易、价格低
PCB材料热特性比较(传导率):
玻璃纤维基板(传统PCB):0.5W/mK、铝基板:1~2.2W/mK、陶瓷基板:24[氧化铝]~170[氮化铝]W/mK
材料热传导系数(单位W/mK):
树酯:0.5、氧化铝:20-40、碳化硅:160、铝:170、氮化铝:220、铜:380、钻石:600
陶瓷基板制程分类:
依线路陶瓷基板制程分为:薄膜、厚膜、低温共烧多层陶瓷(LTCC)
薄膜制程(DPC):精确控制组件线路设计(线宽与膜厚)
厚膜制程(Thick film):提供散热途径与耐候条件
低温共烧多层陶瓷(HTCC):利用玻璃陶瓷具低烧结温度,可和低熔点、高导电性贵重金属共烧的特性,实现多层陶瓷基板)和构装。
低温共烧多层陶瓷(LTCC):堆栈数个陶瓷基板并嵌入被动组件以及其它IC
薄膜陶瓷基板制程:
.前处理→溅镀→光阻披覆→曝光显影→线路电镀→去膜
.迭片→热压→脱脂→基片烧成→形成电路图形→电路烧成
.迭片→表面印刷电路图形→热压→脱脂→共烧
.印刷电路图形→迭层→热压→脱脂→共烧
陶瓷基板厚膜与薄膜线路差异:
薄膜与厚膜制程产品之差异分析:
| 薄膜制程 | 厚膜制程 |
线路精准度 | 精准度较高问差低于±1% | 以印刷方式成形误差值较高±10% |
镀层材料 | 材料稳定度较高 | 易受浆料均匀性影响 |
镀层表面 | 表面平整度高 | 平整度低误差值约1~3um |
设备维护 | 维护较不易,费用较高 | 生产设备维护较为简易 |
镀层附着性 | 无须高温烧结,不会有氧化物生成,附着性佳 | 附着性受基板材料影响AIN基板尤差 |
线路位置 | 使用曝光显影,相对位置精准度高 | 受网版张力及印刷次数影响,相对位置精准度低 |
表面电镀材料分为:氧化铝(Al203)、氮化铝(AIN)、氧化镀(BeO)
氮化铝与氧化铝特性比较:
氧化铝:材料取得容易、成本较低、制程较简单、热传导系数较差
氮化铝:材料取得不易、成本较高、制程较难、热传导系数较佳
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热传导 | 弯曲强度 | 热膨胀 | 介电常数 | 介电击穿电压 |
氮化铝与氧化铝导热性比较:
陶瓷基板可靠度试验条件:-
高低温冲击试验陶瓷基板高温操作:85℃
陶瓷基板低温操作:-40℃
陶瓷基板冷热冲击:1. 155℃(15min)←→-55℃(15min)/300cycle 2. 85℃(30min)←→-40℃(30min)/RAMP:10min(12.5℃/min)/5cycle
陶瓷基板附着力:以3M#600之胶带密贴于板面,30秒后与板面成90°方向速撕,不得脱落。
陶瓷基板红墨水实验:煮沸一小时,不可渗透
陶瓷基板专有名词:
三氧化二铝(Al2O3)
氮化铝(AlN)
陶瓷基板(Ceramic PCB , Ceramic Substrate , Ceramic circuit board)
芯片(chip)
薄膜陶瓷:COB (Chip On Board)
晶粒(Die)
薄膜制程(DPC)
蒸镀(Evaporation)
LED载板(LED Lighting Board)
低温共烧层陶瓷(LTCC)
绝缘层(Polymer)
厚膜制程(Thick film)
打线(Wire bonding)
溅镀(Sputtering)
散热基板(Submount)