标签: 陶瓷覆铜板

在大功率电子器件使用中为实现芯片与电子元件之间的互联，陶瓷作为 封装基板 材料，需对其表面进行金属化处理。陶瓷金属化有如下要求：优良的密封性，金属导电层的方阻和电阻率小，同时与陶瓷基板具有较强的附着力，陶瓷经金属化后仍需具备高的热导率。因此延展性优良、导热性和导电性高的 Cu ，成为在功率电子器件中最常用的材料，图 1 为陶瓷基板覆铜示意图。 图 1 陶瓷基板覆铜示意图 虽然陶瓷具有相较于其他两种封装基板有着更为优异的综合性能，但是由于陶瓷材料作为强共价键型化合物，其电子配位十分稳定，不易与其他材料反应，并且与常见金属之间的润湿困难，而陶瓷基板表面金属化后的性能与功率电子器件在工作时的稳定性关系密切，故制约陶瓷封装基板广泛应用的原因便在于此，因此探究陶瓷表面金属化意义重大。目前常见的陶瓷金属化的方法主要包括化学镀金属化、直接覆铜金属化、厚膜金属化、薄膜金属化等 。以下是斯利通整理的几类陶瓷封装金属化工艺。表 1 为不同陶瓷金属化方法的优缺点。 表 1 陶瓷金属化方法及其优缺点 化学镀金属化 化学镀金属化是指通过化学反应的方法，金属离子借助还原剂还原成金属，并沉积到基底材料表面的方法 ，核心在于通过可控制的氧化还原反应产生金属层，图 1.1 为化学镀过程示意图。化学镀铜即将溶液中的 Cu 2+ 还原成 Cu 原子，并在催化活性的基板上沉积，反应原理可用下式表示： 第一步： Cu 2+ 在阴极被还原成 Cu 原子，如式 1-1 所示； 第二步：甲醛在阳极提供反应所需的电子，如式 1-2 所示； 第三步：化学镀铜的氧化还原方程式，如式 1-3 所示。 图 1.1 化学镀铜流程示意图 直接覆铜金属化 直接覆铜金属化是指在高温、弱氧氛围中利用 Cu 的含氧共晶液直接将 Cu 箔覆接在 陶瓷表面的方法，主要用于 Al 2 O 3 和 AlN 陶瓷表面。原理为 Cu 与 O 反应生成的 Cu 2 O 和 CuO ，在 1060-1083 ℃温度范围内可以与基板中 Al 反应生成 CuAlO 2 和 CuAl 2 O 4 的尖晶石物质，促使陶瓷与 Cu 可以形成较高的结合强度，在对 AlN 陶瓷基板进行直接覆铜金属化时，需先对 AlN 进行氧化处理，在其表面形成 Al 2 O 3 ，图 2.1 为 AlN 直接覆铜金属化的流程示意图。反应式如下： 图 2.1 AlN 直接覆铜金属化流程示意图 厚膜金属化 厚膜金属化是将金属浆料通过丝网印刷的方法涂敷在陶瓷表面，然后经高温干燥热处理后形成金属化陶瓷基板的技术。图 3.1 为丝网印刷工艺示意图，其中浆料主要由功能相、粘结剂、有机载体组成，功能相是厚膜浆料中主体，即在陶瓷表面经涂覆金属粉末后经热处理工艺形成的金属膜层；粘结剂是玻璃相或氧化物等经高温烧结后，提升金属膜层与陶瓷基板之间的附着力；有机载体是用于提升有机浆料表面活性，使得浆料混合更加均匀的有机溶剂或表面活性剂。 图 3.1 丝网印刷工艺示意图 薄膜金属化 薄膜金属化是在高真空条件下，用物理方法将固体材料表层电离为离子，随后经过低 压气体在陶瓷基板表面沉积所需薄膜的工艺，即物理气相沉积技术 ( Physical Vapour Deposition ， PVD ) ，主要包括有磁控溅射镀膜、离子镀膜、电弧镀等。图 4.1 为磁控溅射镀膜的原理图，核心在于 Ar 2+ 经电场加速后轰击由欲被溅射物质做成的靶电极，当离子能量合适的情况下， Ar 2+ 会将靶材表面的原子溅射出来进而会沿着一定的方向射向衬底，从而实现薄膜的沉积。 图 4.1 磁控溅射原理示意图 上述几种陶瓷基板金属化方法，各有优缺点，化学镀金属化，具备很高的生产效率，可以实现批量化生产，但是，金属层与陶瓷基板之间结合力有限，不能满足很多特定的应用场景。直接覆铜金属化，也就是高温烧结法，在满足生产效率的同时，金属层和陶瓷基板具备一定的结合强度，是当前比较常见的一种生产工艺，但是，由于其是采用高温烧结的方式进行的金属化覆膜，因此，限制了很多低熔点金属的应用。厚膜金属化，也就是丝网印刷，生产简单可操作，但是，其对于金属化厚度和线宽线距的精度不能实现很好的控制，无法生产高精度的精密线路。 薄膜金属化 ，也就是磁控溅射，利用了范德华力的原理，使得金属层和陶瓷基板具有很强的结合力，但是，生产效率低下，同时，也只能形成很薄的金属层，通常在纳米级别。 富力天晟科技公司有效利用几种金属化工艺相结合的方法，在生产工艺流程中，首先，通过磁控溅射工艺（ 薄膜金属化 ）在陶瓷基板表面形成 50-300nm 的金属种子层（钛层 50-100nm ，铜层 100-300nm ），金属种子层与陶瓷基板之间通过范德华力结合，然后，再通过电镀（化学镀）在金属种子层上增加金属厚度，通过这种方式，比单纯通过磁控溅射或者化学镀的方法生产出来的陶瓷基板线路性能要优良很多，一方面，可以有效加强金属层与陶瓷基板的结合强度，另一方面，也可以实现不同层厚（厚度 1000 μ m ）的金属化生产。 富力天晟科技 公司经过多年的发展，已经和国内外数千家半导体、芯片、传感器、通信、射频器件、大功率照明等企业建立长期稳定的合作关系，为各大公司生产符合客户要求的高性能 陶瓷基板精密线路 产品，提供专业的一站式解决方案，成为客户新产品研发、技术迭代创新、公司发展过程中的重要战略伙伴。

陶瓷片成型后需要通过陶瓷金属化工艺使陶瓷表面沉积一层致密结合力良好的金属层，再通过普通 FR-4 线路板工艺流程制作电路板。这一整套工艺流程的核心点在于陶瓷的金属化，目前市面上主流的陶瓷金属化工艺分为以下几种，各种工艺的优缺点如下： 斯利通DPC陶瓷电路板又称直接镀铜陶瓷电路板，主要用蒸发、磁控溅射等面沉积工艺进行基板表面金属化，先是在真空条件下溅射钛然后再溅射铜颗粒，再进行电镀增厚，在薄膜金属化的陶瓷板上采用影像转移方式制作线路，再采用电镀封孔技术形成高密度双面布线间的陶瓷电路板。 因为陶瓷基板优良的电热化学特性，其在电子封装领域占据着越来越重要的角色，被广泛应用在高功率IGBT、 大功率电子模组、微波加热电子元器件、微型制冷片、毫米波激光雷达、传感器等高科技技术型行业。相信随着未来科技的发展，陶瓷电路板在电子信息化产业的前进道路上更能一展宏图！

传感器技术的发展正在不断地为智能设备注入活力，带来各式各样的新功能。在这个自动化、电气化、互联化程度越来越高的世界里，这些传感器设备已经成为关键的连接技术。随着科学技术的发展，现如今的传感器功能更为强大，也更为产品设计师所接受。与此同时传感器也进一步的小型化，功能范围也在进一步扩张，使得传感器成为先进物联网系统的重要组成部分和创新的关键驱动力。 传感器技术将帮助我们实现围绕更清洁的能源和更低碳的环境目标，包括车辆的电气化；服务于自主车辆和智能城市基础设施；用于收集管理、控制和安全所需的大数据；被广泛应用于医疗市场，等等。事实上我们依旧处于传感器时代的开端，传感器的未来还有很长的一段路要走。封装、尺寸、能耗以及在恶劣环境下工作的能力是传感器设计者持续面临的挑战。 而随着传感器输入功率的不断提高，传感器尺寸不断地缩小，大耗散功率带来的大发热量给封装材料提出了更新、更高的要求。基而传感器的应用前景广泛，这也对封装材料本身的性能有了更硬性的要求。 先进陶瓷材料又称精密陶瓷材料，是指采用精制的高纯、超细的无机化合物为原料及先进的制备工艺技术制造出的性能优异的产品。而陶瓷封装的采用，在很大一方面缓解了传感器设计者的焦虑。 陶瓷材料的优越性 1、热导率高，满足传感器散热需求； 2、耐热性好，满足传感器高温(大于200°C)应用需求； 3、热膨胀系数匹配，与芯片材料热膨胀系数匹配，降低封装热应力； 4、介电常数小，高频特性好，降低器件信号传输时间，提高信号传输速率； 5、机械强度高，满足器件封装与应用过程中力学性能要求； 6、耐腐蚀性好，能够耐受强酸、强碱、沸水、有机溶液等侵蚀； 7、结构致密，满足气密封装需求。 国外统计资料表明，电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10%。很明显，电子元器件的过热是设备寿命减短的元凶之一。想要做好设备的热管理，陶瓷覆铜板是必不可少的，斯利通旗下陶瓷覆铜版拥有高导热系数（导热率180 W/（m-K）~ 260 W/（m-K））可以将热量及时的发散，保障设备的稳定运行，有效延长商品的使用周期。 传感器的应用市场广泛，工业，医疗，汽车电子等等。复杂的应用场景对产品的稳定性有了更高的要求。而陶瓷凭借本身耐高温，耐震动，抗潮湿，耐化学腐蚀的特性。不论是实用性还是可靠性，陶瓷覆铜板都可以给产品带来不小的提升。陶瓷覆铜板是产品性价比的保障，这一点已然毋庸置疑。 斯利通陶瓷覆铜板使用DPC工艺（直接镀铜），利用薄膜制造技术——真空镀膜方式于陶瓷上溅镀结合于铜金属复合层，使铜与陶瓷有着超强结合力，接着以黄光微影之光阻被复曝光、显影、蚀刻、去膜工艺完成线路制作，最后再以电镀/化学镀沉积方式增加线路的厚度，待光阻移除后即完成金属化线路制作。所以陶瓷覆铜板的金属结晶性能好，平整度好、线路不易脱落，并具有可靠稳定的性能，从而有效提升芯片与基板的结合强度。可进行高密度组装（线/间距(L/S)分辨率可以达到20μm）且支持来图定制，是物联网环境下传感器实现设备集成化、微型化的好帮手。满足高端传感器的需求。 1、传感器如何助力工业4.0与工业IIoT ？ 未来工业将需要支持无线连接的传感器和支持以太网连接的传感器。工业自动化系统需要机器视觉和光电传感器。而用于特定功能的传感器，如用于恶劣环境和空气质量的气体传感器，也会非常有针对性地服务物联网。还有惯性传感的传感器与加速度计、速度传感器和陀螺仪一起服务于机器人技术。 工业预测性维护应用还会采用主动传感器，可以测量包括压力、温度、力和震动在内的传感器。这些传感器不仅能收集数据，还能根据数据做出主动反应和控制。 2、传感器将如何影响智能汽车行业？ 在智能汽车点燃汽车行业的同时，传感器也同样在快速发展，以更好地服务于更多的汽车新技术，如激光雷达、雷达传感、内部测量单元(IMU)和先进的驾驶辅助系统。这些传感器可以实现自主导航和提高安全性。 随着电气化的发展，用于电池管理系统的温度和气体传感器也在迅速发展，以提供更强大的功能，同时在紧凑的系统架构中占用更少的空间。随着车辆的自主化程度越来越高，惯性传感器和位置传感器也在不断涌现，我们将看到这些技术不断完善。 3、传感器将如何满足医疗需求？ 最初的COVID-19大流行病引发了市场对呼吸机中的压力、气流和氧传感器的极端需求。此外，包括额温枪、低成本热电堆等用于监测员工和学生群体体温情况的非接触温度测量工具的需求也直线上升。 COVID-19使我们对引起呼吸系统疾病的疾病有了更高的认识。随着新疫苗的开发，疫苗需要在极低的温度下储存和运输，这也带来了极低温、低温友好型温度传感器和监测器的市场。 4、未来会出现哪些新类型的传感器或传感器的新用途？ 我们将看到更多用于监测污染、臭氧、一氧化碳和空气质量等环境因素的传感器。同时，更多具备传感和控制能力(包括自主控制)的集成式、组合式传感器也将会到来。还有用于物联网应用的低功耗传感器将出现，以及具有更多功能的传感器，如嵌入式睡眠模式。 随着安全技术的普及，我们会看到传感器在光学成像和面部识别中的应用。更多提供六自由度(6DoF)的IMU也会出现，我们会看到RFID的持续小型化和更广泛的应用。 总的来说，我们预计新的传感器将具有越来越多的更高层次的功能，如功能安全完整性、冗余和故障检测，以及内置监控和报告功能。传感器还有很多的可能性，DPC陶瓷覆铜板更加符合高密度、高精度和高可靠性的未来发展方向，对于制造商们来说，它是一种更可行的选择。

什么是芯片IC？ 芯片，英文全称（integrated circuit）简称为IC,指载有集成电路的半导体元件，我们日常生活中看到的，用过的电子设备如手机，电脑，电视，这些电子设备想要运行的主要动力靠的就是这颗小小的芯片。 简单来说，芯片对于发动机的重要性不亚于，发动机对于汽车。 只有指甲盖大小的芯片，为什么这么厉害呢？ 别看芯片的体积小，但制造难度非常大，其制作过程不亚于在指甲盖上建造一座城市。我们一般看到的芯片是这样的↓ 但是在显微镜下，如同街道星罗棋布，无数的细节令人惊叹不已。 原来，指甲盖大小的芯片，上面却有数公里的导线和几千万甚至上亿根晶体管。 为了让这些纳米级的元件“安家落户”，芯片在投入使用前，要经历上百道工序的纳米级改造…… 芯片的制造 1.打造“地基”硅晶元 芯片的地基名为「硅晶圆」。无论电路图被设计成什么样，最终都要叠加到它的身上。而「硅晶圆」最初的模样我们都见过我们所熟悉的沙子，在沙子中加入碳，在高温作用下，转化为纯度约99.99%的硅。硅经过熔炼，从中拉出铅笔状的硅晶柱，也就是硅锭。再通过钻石刀将硅晶柱切成圆片抛光后便形成硅晶圆，芯片的地基就完成了。 2.光刻 首先在硅片上涂抹光刻胶。然后用紫外线透过掩膜照射光刻胶，掩膜上印着预先设计好的电路图案。光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉，清除后留下的图案和掩膜上的一致。再用化学物质溶解掉暴露出来的晶圆部分，剩下的光刻胶保护着不应该蚀刻的部分。蚀刻完成后，清除全部光刻胶，露出一个个凹槽。 3.掺杂 通过离子注入，赋予硅晶体管的特性，把硼或磷注入到硅结构中。接着填充铜，以便和其他晶体管互连。然后可以在上面再涂一层胶，再做一层结构。一般一个芯片包含几十层结构，就像密集交织的高速公路。 4.封装测试 芯片做好后， 精细的切割器将芯片从晶圆上切下来，焊接到基片上，装壳密封。经过测试后就可以包装销售了。 芯片的进化，就是芯片变小的过程，提升芯片的性能，有很多的手段，但是大多数人都选择从基板入手。 所有的电子器件对热量都是敏感的，而随着芯片输入功率的不断提高，芯片体积不断地缩小，大耗散功率带来的大发热量给封装材料提出了更新、更高的要求。基板是连接内外散热通路的关键环节，兼有散热通道、电路连接和对芯片进行物理支撑的功能。对高功率产品来讲，其封装必须具有高电绝缘性、高导热性、与芯片匹配的热膨胀系数等特性。 散热效陶瓷基板：提升散热效率满足高功率需求 PPA(聚邻苯二甲酰胺)树脂为原料的贴片式基板，通过添加改性填料来增强PPA原料的某些物理、化学性质，从而使PPA材料更加适合注塑成型及贴片式基板的使用。PPA塑料导热性能很低，其散热主要通过金属引线框架进行，散热能力有限，只适用于小功率封装。 金属本身的导热系数良好，但是要做到电热分离，仍需要再导入一个绝缘层来。由于绝缘层的热导率极差，此时热量虽然没有集中在芯片上，但是却集中在芯片下的绝缘层附近，一旦做更高功率，散热的问题就会浮现。同时由于绝缘层的关系，使得金属基板无法承受高温焊接，同时也限制了封装结构的优化，不利于散热。且由于金属本身成本的问题，金属基板明显与市场发展方向是不匹配的。 陶瓷凭借本身材料的特性，有效地弥补了金属基板所具有的缺陷，从而改善基板的整体散热效果。Al2O3陶瓷覆铜板虽是目前产量最多、应用最广的陶瓷覆铜板，但由于其热膨胀系数相对Si单晶偏高，导致Al2O3陶瓷覆铜板并不太适合在高频、大功率、超大规模集成电路中使用。目前AlN被认为是新一代半导体基板和封装的理想材料。 AlN陶瓷材料从20世纪90年代开始得到广泛地研究而逐步发展起来，是目前普遍认为很有发展前景的电子陶瓷封装材料。AlN陶瓷覆铜板的散热效率是Al2O3的7倍之多，AlN应用于高功率的散热效益显着，进而大幅提升的使用寿命。AlN陶瓷覆铜板的缺点是即使表面有非常薄的氧化层也会对热导率产生较大影响，只有对材料和工艺进行严格控制才能制造出一致性较好的AlN陶瓷覆铜板。斯利通陶瓷覆铜板，每一道工序都严格把控，更加值得信任。 斯利通陶瓷覆铜板使用DPC工艺（直接镀铜），利用薄膜制造技术——真空镀膜方式于陶瓷上溅镀结合于铜金属复合层，使铜与陶瓷有着超强结合力，接着以黄光微影之光阻被复曝光、显影、蚀刻、去膜工艺完成线路制作，最后再以电镀/化学镀沉积方式增加线路的厚度，待光阻移除后即完成金属化线路制作。DPC产品具备线路精准度高与表面平整度高的特性，非常适用于覆晶/共晶工艺，配合高导热的陶瓷基体，显着提升了散热效率，是最适合高功率、小尺寸发展需求的陶瓷散热基板。 DPC陶瓷覆铜板更加符合高密度、高精度和高可靠性的未来发展方向，对于制造商们来说，它是一种更可行的选择。斯利通将继续努力打造高品质的陶瓷覆铜板产品，为客户提供更加满意的产品和服务，实现与商户的合作互赢。

众所周知，随着人工智能、物联网、大数据等技术的不断发展，制造业正面临新一轮的智能化升级，数字化、网络化、智能化成为实现“中国智造”的核心路径。 人工智能的兴起给予了中国集成电路绝佳的机会。而前段时间，首个集成电路大学中国首所芯片大学的诞生，无疑标志着芯片产业的自主化正在迅速发展。 高度集成电路 陶瓷电路板—理想封装基板 随着集成电路呈上升趋势的发展，线路板高度集成化成为必然趋势。陶瓷材料以热导率高、绝缘性好、载流量大等独特优势逐渐发展成为新一代集成电路以及功率电子模块的理想封装基材。 常见的陶瓷金属化技术包括：薄膜法、厚膜法、直接敷铜法等方法。薄膜法适用于大部分陶瓷基板，金属的结晶性能好，平整度好，线路不易脱落，且线路位置更准确，线距更小，可靠性稳定等优点。 01 平面系列 －二维 陶瓷电路板 我们所做平面系列的陶瓷电路板： 氧化铝陶瓷电路板 、氮化铝陶瓷电路板、陶瓷覆铜板、玻璃电路板。 陶瓷电路板具备了高导热、高绝缘、高线路精准度、高表面平整度及热膨胀系数与芯片匹配等诸多特性，在封装中占据了重要地位。 02 3D系列 － 三维陶瓷电路 板 一体成型3D陶瓷 在陶瓷封装中，作为芯片的承载基板，起着机械支撑保护、电互联（绝缘）、导热散热辅助出光的作用。 曲面 陶瓷电路板 通过磁控溅射实现陶瓷表面金属化，确保封装过程中不会出现脱层、翘曲等现象。 陶瓷电路板 拥有更好的良好的热学和电学性能，是功率型封装的极佳材料，适用于多芯片（MCM）和基板直接键合片（COB）等的封装结果，同时也可以作为其他大功率电力半导体模块的散热电路基板。 未来，富力天晟将继续坚持“科技创新推动电子产业发展”的企业宗旨，不断完善和提升，努力推动集成电路朝微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面良好的发展。