电子封装陶瓷基板金属化线路工艺的优劣势分享

电子封装使用陶瓷基板封装之前都需要对陶瓷基板金属化，使得更加适应单子封装的需要。金属在高温下对陶瓷表面的润湿能力决定了金属与陶瓷之间的结合力，良好的结合力是封装性能稳定性的重要保证。因此，如何在陶瓷表面实施金属化并改善二者之间的结合力是陶瓷金属化的工艺重点。陶瓷基片到陶瓷基板需要做金属化工艺，今天小编主要分享电子封装陶瓷基板金属化工艺的特点。

“陶瓷基片”变“陶瓷基板”的各大金属化工艺以及优劣势

  一，薄膜金属化技术

       薄膜技术（ThinFilmCeramicSubstrate，TFC）是指采用蒸镀、光刻与刻蚀等方法制备所需材料膜层的技术，薄膜的含义不只是膜的实际厚度，更多的是指在基板上的膜产生方式。厚膜技术是“加法技术”，而薄膜技术是“减法技术”。使用光刻与刻蚀等工艺使薄膜技术得到的图形特征尺寸更小，线条更清晰，更适合高密度和高频率环境。

薄膜电路的线条细（最小线宽2μm），精度高（线宽误差2μm），但也正因“细小的线”不容起伏，薄膜电路对基片的表面质量要求高，所以用于薄膜电路的基板纯度要求高（常见的是99.6%纯度的氧化铝），同时我们知道陶瓷的高纯度也就代表的加工难度及成本的攀升。此外，细小的线，使其应用于大功率大电流存在较困难，因此主要应用通信领域小电流器件封装。

二，厚膜金属化技术

厚膜印刷陶瓷基板（Thick Printing Ceramic Substrate，TPC）是指采用丝网印刷的方式，将导电浆料直接涂布在陶瓷基体上，然后经高温烧结使金属层牢固附着于陶瓷基体上的制作工艺。根据金属浆料粘度和丝网网孔尺寸不同，制备的金属线路层厚度一般为几微米到数十微米的膜层（提高金属层厚度可通过多次丝网印刷实现）。

 优缺点：由于丝网印刷工艺限制，TPC基板无法获得高精度线路，因此TPC基板仅在对线路精度要求不高的电子器件封装中得到应用。不过厚膜电路虽然精度粗糙（最小线宽/线距一般大于100μm），但其优势在于性能可靠，对加工设备和环境要求低，具有生产效率高，设计灵活，投资小，成本低，多应用于电压高、电流大、大功率的场合。

 基材：厚膜集成电路最常用的基片是含量为96％和85％的氧化铝陶瓷；当要求导热性特别好时，可采用氧化铍陶瓷。氮化铝陶瓷虽然导热性能也很好，但大多数金属对氮化铝陶瓷的润湿性并不理想，因此使用氮化铝作为基片材料时需要特殊工艺支持，常见的手段有：①是利用玻璃料作为粘结相使金属层与AlN层达到机械结合；②是添加与AlN能够反应的物质作为粘结相，通过与AlN反应达到化学结合。

 导电浆料：厚膜导体浆料的选择是决定厚膜工艺的关键因素，它由功能相（即金属粉末，粒径在2μm以内）、粘结相（粘结剂）和有机载体所组成。常见的金属粉末有Au、Pt、Au/Pt、Au/Pd、Ag、Ag/Pt、Ag/Pd、Cu、Ni、Al及W等金属，其中以Ag、Ag/Pd和Cu浆料居多。粘结剂一般是玻璃料或金属氧化物或是二者的混合物，其作用是连结陶瓷与金属并决定着厚膜浆料对基体陶瓷的附着力，是厚膜浆料制作的关键。有机载体的作用主要是分散功能相和粘结相，同时使厚膜浆料保持一定的粘度，为后续的丝网印刷做准备，在烧结过程中会逐渐挥发。

三，DPC直接镀铜

直接镀铜（Directplatingcopper，DPC）工艺是在陶瓷薄膜工艺加工基础上发展起来的陶瓷电路加工工艺。区别于传统的厚膜和薄膜加工工艺，它的加工更加强化电化学加工要求。通过物理方法实现陶瓷表面金属化以后，采用电化学加工导电铜和功能膜层。

                                                                               DPC陶瓷基板制备工艺

工艺简述：激光在陶瓷基片上制备通孔（利用激光对DPC基板切孔与通孔填铜后，可实现陶瓷基板上下表面的互联，从而满足电子器件的三维封装要求。孔径一般为60μm~120μm），随后利用超声波清洗陶瓷基片；采用磁控溅射技术在陶瓷基片表面沉积金属种子层(Ti/Cu)，接着通过光刻、显影完成线路层制作；采用电镀填孔和增厚金属线路层，并通过表面处理提高基板可焊性与抗氧化性，最后去干膜、刻蚀种子层完成基板制备。

工艺优劣势：与其他陶瓷表面金属化方法相比，DPC工艺操作温度低，一般在300℃以下，降低了制造工艺成本，同时有效避免了高温对材料的不利影响。DPC基板利用黄光微影技术制作图形电路，线宽可控制在20～30μm，表面平整度可达3μm以下，图形精度误差可控制在±1%之内，非常适合对电路精度要求较高的电子器件封装。其不足之处在于电镀沉积铜层厚度有限，电镀废液污染大，金属层与陶瓷间结合强度稍低。

四，直接覆铜（DBC）

     直接键合陶瓷基板亦称直接敷铜陶瓷基板，（Direct Bonded Copper Ceramic Substrate，DBC）：在陶瓷表面(主要是Al2O3和AlN)键合铜箔的一种金属化方法。

                                                                              DBC陶瓷基板制备工艺

其基本原理是在Cu与陶瓷之间引进氧元素，然后在1065~1083℃时形成Cu/O共晶液相，进而与陶瓷基体及铜箔发生反应生成CuAlO2或Cu(AlO2)2，并在中间相的作用下实现铜箔与基体的键合。因AlN属于非氧化物陶瓷，其表面敷铜的关键在于在其表面形成一层Al2O3过渡层，并在过渡层的作用下实现铜箔与基体陶瓷的有效键合。

优劣势：DBC热压键合的铜箔一般较厚，为100~600μm，具有强大的载流能力，可满足高温、大电流等极端环境的器件封应用要求，是电力电子模块中久经考验的标准器件，在IGBT和LD封装领域优势明显，不过，DBC表面图形最小线宽一般大于100μm，不适合精细线路的制作。

五，活性金属焊接技术

     由于DBC陶瓷基板制备工艺温度高，金属陶瓷界面应力大，作为活性DBC的升级版本，活性金属焊接陶瓷基板（Active Metal Brazing Ceramic Substrate，AMB）的金属焊料中加入了少量活性元素（Ti、Zr、Hf、V、Nb或Ta等稀土元素制备），可大大降低铜箔与陶瓷基片间的键合温度。

优劣势：AMB基板依靠活性焊料与陶瓷发生化学反应实现键合，因此结合强度高，可靠性好。但是该方法成本较高，合适的活性焊料较少，且焊料成分与工艺对焊接质量影响较大。

六，共烧技术

    共烧多层陶瓷基板因利用厚膜技术将信号线、微细线等无源元件埋入基板中能够满足集成电路的诸多要求，故在近几年获得了广泛的关注。

共烧法有两种，一种是高温共烧（HTCC），另一种是低温共烧（LTCC），两者工艺流程基本相同，主要生产工艺流程均为浆料配制、流延生带、干燥生坯、钻导通孔、网印填孔、网印线路、叠层烧结以及最后的切片等后处理过程。两种共烧法虽流程大致相同，但烧结的温度却相差很大。

                         典型的多层陶瓷基板的制造过程

    以上是分享的六种不同陶瓷基板金属化工艺线路的简述以及优劣势分享，更多电子封装陶瓷基板金属化的问题可以咨询金瑞欣特种电路。金瑞欣高频通讯、功率模组、大电流大功率器件等封装产品均有成功的经验和合作客户，欢迎咨询。