中國粉體網訊 據封測業界人士透露，目前IC封裝中使用的陶瓷基板，已經供不應求甚至“一片難求”。日前，臺灣陶瓷電子材料大廠臺灣同欣電子宣布，為響應汽車和工廠照明應用的強勁需求，將在今年第二季度晚些時候提高陶瓷基板的報價。同欣電子表示，由于汽車CIS、LED大燈、射頻和大容量電源模塊等加工需要大量的基材，同欣電子目前陶瓷基板產能已持續滿載，已經無法滿足其他客戶對基板材料的強勁需求。
（圖片來源：同欣電子）
據了解，陶瓷基板漲價已有時日。究其原因，一是由于消費市場的需求持續增加，而有限的產能無法彌補市場短缺。二是陶瓷基板由于自身的特殊性——材料選擇、生產流程和周期顯著長于傳統PCB板。目前陶瓷基板尤其氮化鋁陶瓷基板主要由美國、德國、臺灣等大廠主導。
隨著電子信息行業的快速發展，市場對陶瓷基板的需求快速爆發，尤其氮化鋁陶瓷基板等高性能產品緊缺會進一步加劇，這對國內相關領域公司來說，是一次占據市場的機會。據了解，中瓷電子已經具備IGBT用氮化鋁封裝小批量交付能力，國瓷材料氮化鋁陶瓷基板也已經完成中試，有望在今年實現量產。此外，5月11日晚間，三環集團公告稱，擬定增募資不超過75億元用來擴產，其中就包括氧化鋁陶瓷基片擴產項目。
當然，陶瓷基板市場供不應求，最主要的原因還是其在散熱性能等方面優異的性能得到了下游市場的認可。
（氮化鋁基板，圖片來源：中電科四十三所）
陶瓷基板的優勢
與塑封料和金屬基片相比，其優勢在于以下幾個方面：
（1）絕緣性能好，可靠性高。高電阻率是電子元件對基片的最基本要求，一般而言，基片電阻越大，封裝可靠性越高，陶瓷材料一般都是共價鍵型化合物，其絕緣性能較好。
（2）介電系數較小，高頻特性好。陶瓷材料的介電常數和介電損耗較低，可以減少信號延遲時間，提高傳輸速度。
（3）熱膨脹系數小，熱失配率低。共價鍵型化合物一般都具有高熔點特性，熔點越高，熱膨脹系數越小，故陶瓷材料的熱膨脹系數一般較小。
（4）熱導率高。根據傳統的傳熱理論，立方晶系的 BeO、SiC 和 AlN 等陶瓷材料，其理論熱導率不亞于金屬的。因此，陶瓷基片材料被廣泛應用于航空、航天和軍事工程的高可靠、高頻、耐高溫、強氣密性的產品封裝。
陶瓷基板的種類
根據基板材料不同，陶瓷基板可分為氧化鋁基板、氮化鋁基板、氮化硅基板、氧化鈹基板等。
幾種陶瓷基片材料性能比較
據陳明祥等業內專家介紹，從結構與制作工藝而言，陶瓷基板又可分為HTCC、LTCC、TFC、DBC、DPC 等。
高溫共燒多層陶瓷基板（HTCC）
HTCC，又稱高溫共燒多層陶瓷基板。制備過程中先將陶瓷粉加入有機黏結劑，混合均勻后成為膏狀漿料，接著利用刮刀將漿料刮成片狀，再通過干燥工藝使片狀漿料形成生坯；然后依據各層的設計鉆導通孔，采用絲網印刷金屬漿料進行布線和填孔，最后將各生坯層疊加，置于高溫爐（1600℃）中燒結而成。
此制備過程因為燒結溫度較高，導致金屬導體材料的選擇受限（主要為熔點較高但導電性較差的鎢、鉬、錳等金屬），制作成本高，熱導率一般在20~200W/（m·℃）。
（LTCC陶瓷基板，圖片來源：中電科四十三所）
低溫共燒陶瓷基板（LTCC）
LTCC，又稱低溫共燒陶瓷基板，其制備工藝與HTCC類似，只是在陶瓷粉中混入質量分數30%~50%的低熔點玻璃料，使燒結溫度降低至850~900℃，因此可以采用導電率較好的金、銀作為電極材料和布線材料。
因為LTCC采用絲網印刷技術制作金屬線路，有可能因張網問題造成對位誤差；而且多層陶瓷疊壓燒結時還存在收縮比例差異問題，影響成品率。為了提高LTCC導熱性能，可在貼片區增加導熱孔或導電孔，但成本增加。
厚膜陶瓷基板（TFC）
相對于LTCC和HTCC，TFC為一種后燒陶瓷基板。采用絲網印刷技術將金屬漿料涂覆在陶瓷基片表面，經過干燥、高溫燒結（700~800℃）后制備。金屬漿料一般由金屬粉末、有機樹脂和玻璃等組分。經高溫燒結，樹脂粘合劑被燃燒掉，剩下的幾乎都是純金屬，由于玻璃質粘合作用在陶瓷基板表面。燒結后的金屬層厚度為10~20μm，最小線寬為0.3mm。
由于技術成熟，工藝簡單，成本較低，TFC在對圖形精度要求不高的電子封裝中得到一定應用。
直接鍵合銅陶瓷基板（DBC）
由陶瓷基片與銅箔在高溫下（1065℃）共晶燒結而成，最后根據布線要求，以刻蝕方式形成線路。由于銅箔具有良好的導電、導熱能力，而氧化鋁能有效控制 Cu-Al2O3-Cu復合體的膨脹，使DBC基板具有近似氧化鋁的熱膨脹系數。
DBC具有導熱性好、絕緣性強、可靠性高等優點，已廣泛應用于IGBT、LD和CPV 封裝。DBC缺點在于，其利用了高溫下Cu與Al2O3間的共晶反應，對設備和工藝控制要求較高，基板成本較高；由于Al2O3與Cu層間容易產生微氣孔，降低了產品抗熱沖擊性；由于銅箔在高溫下容易翹曲變形，因此DBC表面銅箔厚度一般大于100m；同時由于采用化學腐蝕工藝，DBC基板圖形的最小線寬一般大于100m。
直接鍍銅陶瓷基板（DPC）
其制作首先將陶瓷基片進行前處理清洗，利用真空濺射方式在基片表面沉積Ti/Cu層作為種子層，接著以光刻、顯影、刻蝕工藝完成線路制作，最后再以電鍍/化學鍍方式增加線路厚度，待光刻膠去除后完成基板制作。
（直接電鍍銅基板，圖片來源：同欣電子）
總 結
近年來，隨著半導體照明和新型傳感器市場規模的不斷擴大，陶瓷基板需求隨之增加。特別是采用激光打孔與電鍍填孔技術制備的 DPC 陶瓷基板，具有圖形精度高、可垂直封裝等優點，大大提高了電子器件封裝集成度，有望在今后的功率器件封裝中發揮更大的作用。但另一方面，目前國內的陶瓷基板技術整體落后，標準缺失，迫切需要加強核心技術與材料的研發力度，滿足飛速發展的市場需求。
參考來源：
[1]程浩,陳明祥等.功率電子封裝用陶瓷基板技術與應用進展
[2]郝洪順.電子封裝陶瓷基片材料研究現狀
[3]李婷婷等.電子封裝陶瓷基片材料的研究進展
[4]臺系陶瓷基板大廠二季度再醞釀漲價 相關概念值得關注.金融界
（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
