在(zai)電子封(feng)裝過程中,基板主要起機械支撐保護與電互連(絕緣)作用。隨著電子封裝技術逐漸向著小型化、高密度、多功能和高可靠性方向發展示，電子系統的功率密度隨之增加，散熱問題越來越嚴重。器件的散熱影響條件眾多，其中基板材料的選用也是關鍵的一環。
目前(qian)，電(dian)子封裝(zhuang)常用的基(ji)(ji)板(ban)(ban)材料(liao)(liao)主要(yao)有(you)四大類：聚合物基(ji)(ji)板(ban)(ban)；金(jin)屬基(ji)(ji)板(ban)(ban)；復合基(ji)(ji)板(ban)(ban)；陶瓷(ci)(ci)基(ji)(ji)板(ban)(ban)。陶瓷(ci)(ci)基(ji)(ji)板(ban)(ban)材料(liao)(liao)以其強度高、絕緣性(xing)好、導(dao)熱和耐熱性(xing)能優良、熱膨脹(zhang)系數小、化學穩(wen)定性(xing)好等優點，廣泛應用于電(dian)子封裝(zhuang)基(ji)(ji)板(ban)(ban)。
陶瓷封(feng)裝基(ji)板材料主要包(bao)括Al2O3、BeO和AlN等。目前，Al2O3陶瓷(ci)是應用(yong)最成熟的陶瓷(ci)封(feng)裝材料，以其耐熱沖擊性和電絕緣性較好(hao)、制(zhi)作和加工技(ji)術成熟而被廣泛應用(yong)。
相對于塑料基和金屬基，其優(you)點是：（1）低介電常數，高頻性能好；（2）絕緣性好、可靠性高；（3）強度高，熱穩定性好；（4）熱膨脹系數低，熱導率高；（5）氣密性好，化學性能穩定；（6）耐濕性好，不易產生微裂現象。陶瓷封裝材料缺點是：成本較高，適用于高級微電子器件的封裝，如航空航天和軍事工程的高可靠、高頻、耐高溫、氣密性強的封裝；在移動通信、家用電器、汽車等領域也有著廣泛應用。
美國、日本等(deng)國相繼開發出(chu)多層陶瓷基片，使(shi)其成(cheng)為一種(zhong)廣泛應用的高技(ji)術陶瓷，目前(qian)已投入使(shi)用的陶瓷基片材料(liao)有Al2O3、BeO和AlN、SiC和莫來石等。從結構與制作工藝，陶瓷基板可分為高溫共燒多層陶瓷基板、低溫共燒陶瓷基板、厚膜陶瓷基板、直接鍵合銅陶瓷基板等，下面將為大家分類說明。
一、高溫共燒(shao)多(duo)層(ceng)陶瓷基(ji)板
高溫共燒多層(ceng)陶瓷基(ji)板(ban)制備工藝(yi)是(shi)：先將陶瓷粉(fen)（Si3N4、Al2O3、AlN）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。因為燒結溫度高，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·℃）（取決于陶瓷粉體組成與純度）。
圖1 多層氮化硅陶瓷覆銅基板（來源：京瓷）
二(er)、低溫共燒(shao)陶(tao)瓷基(ji)板
低(di)溫共燒陶瓷(ci)基板制備(bei)工藝與高溫共燒多(duo)層陶瓷(ci)基板類似，其區別(bie)是在Al2O3粉體中混入質量(liang)分數(shu)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、銀作為電極和布線材料。但另一方面，因為低溫共燒陶瓷基板陶瓷料中含有玻璃相，其綜合熱導率僅為2~3W/（m·℃）。此外，由于低溫共燒陶瓷基板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。
圖2 Al2O3陶瓷電子封裝材料（來源：京瓷）
這(zhe)里需(xu)要(yao)注(zhu)意的(de)是，在(zai)(zai)實(shi)際生產(chan)中，為了提高低溫共燒(shao)陶瓷(ci)基板導熱性能(neng)，可(ke)在(zai)(zai)貼片區增加導熱孔或導電(dian)孔，但缺點是會造成(cheng)(cheng)成(cheng)(cheng)本增加。同(tong)時為了拓(tuo)展陶瓷(ci)基板的(de)應(ying)用(yong)領域(yu)，一般采用(yong)多層疊(die)壓(ya)共燒(shao)工藝，可(ke)以制備出含腔體的(de)多層結(jie)構（通常稱為陶瓷(ci)管殼而(er)非陶瓷(ci)基板），滿足電(dian)子器件氣密封裝要(yao)求(qiu)，廣泛應(ying)用(yong)于(yu)航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天等環境惡劣及光通信(xin)等可(ke)靠性要(yao)求(qiu)較高的(de)領域(yu)。
三、厚膜陶瓷基板
相對于高溫共(gong)燒(shao)多層陶(tao)(tao)瓷(ci)基(ji)(ji)板(ban)和低溫共(gong)燒(shao)陶(tao)(tao)瓷(ci)基(ji)(ji)板(ban)，厚膜陶(tao)(tao)瓷(ci)基(ji)(ji)板(ban)為后燒(shao)陶(tao)(tao)瓷(ci)基(ji)(ji)板(ban)。其制備工(gong)藝是：采用絲網印刷技術將金屬漿料涂覆在(zai)陶(tao)瓷(ci)基片(pian)表(biao)面，經過(guo)干燥(zao)、高溫(wen)燒(shao)結（700~800℃）后制備。金屬漿料一般由金屬粉末（Ag-Pd或Ag-Pt）、有機樹脂和玻璃粉等組成。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，厚膜陶瓷基板在對圖形精度要求不高的電子封裝中得到一定應用。
圖3 厚膜陶瓷基板樣品
四、直(zhi)接鍵(jian)合銅陶瓷基板
直接鍵合銅陶(tao)瓷基板是(shi)由陶(tao)瓷基片（Al2O3或AlN）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(fu)合體的膨(peng)脹，使直接鍵合銅(tong)陶瓷基板具有近似氧化(hua)鋁的熱膨(peng)脹系數(shu)。
直接(jie)鍵合(he)銅(tong)陶瓷基板優點是：導熱性好、絕緣性強、可(ke)靠(kao)性高等，已廣泛應(ying)用于絕緣柵雙(shuang)極型(xing)晶(jing)體(ti)管（IGBT）、半導體激光器（LD）和CPV封裝。特別是由于銅箔較厚（100~600μm），在IGBT和LD封裝領域優勢明顯。
其缺點(dian)在(zai)于(yu)：1）直接鍵合銅陶瓷基板制備利用了高溫下Cu與Al2O3間的共晶(jing)反應，對設備和工藝控(kong)制要求較高(gao)，基板成本較高(gao)。2）由于Al2O3與Cu層間容易產生微氣孔，降低了產品抗熱沖擊性。3）由于銅箔在高溫下容易翹曲變形，因此直接鍵合銅陶瓷基板表面銅箔厚度一般大于100μm；同時由于采用化學腐蝕工藝，直接鍵合銅陶瓷基板圖形的最小線寬一般大于100μm。
圖4 直接鍵合銅陶瓷基板制備工藝流程
五(wu)、直接鍍銅(tong)陶瓷基板
直接鍍(du)銅陶(tao)瓷基板制備工藝是：首先將陶(tao)瓷基片(pian)進行(xing)前處理清洗，利用真(zhen)空濺射(she)方(fang)式在基片(pian)表面沉(chen)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。
直接鍍銅陶瓷(ci)基板優(you)點：1）低溫工藝（300℃以下），完全避免了高溫對材料或線路結構的不利影響，也降低了制造工藝成本。2）采用薄膜與光刻顯影技術，使基板上的金屬線路更加精細（線寬尺寸20~30μm，表面平整度低于0.3μm，線路對準精度誤差小于±1%），因此直接鍍銅陶瓷基板非常適合對準精度要求較高的電子器件封裝。特別是采用激光打孔與通孔填銅技術后（實現陶瓷基板上下表面互聯），可實現電子器件三維封裝，降低器件體積，提高封裝集成度。
直(zhi)接(jie)鍍銅陶瓷基板(ban)缺點(dian)：1）電鍍沉積銅層厚度有限，且電鍍廢液污染大。2）金屬層與陶瓷間的結合強度較低，產品應用時可靠性較低。
圖5 氧化鋁多層基板應用例
在(zai)實際(ji)生(sheng)產(chan)時，對于(yu)陶(tao)瓷基板材料為(wei)了(le)降(jiang)低(di)基板翹曲，一般(ban)采(cai)用三明治結構（陶(tao)瓷基片上下(xia)面(mian)同(tong)時制作金屬(shu)層(ceng)）。正(zheng)面(mian)金屬(shu)層(ceng)用于(yu)貼(tie)裝芯片，反面(mian)則用于(yu)平衡應力（由于(yu)金屬(shu)與陶(tao)瓷熱(re)膨脹系數不(bu)匹(pi)配而產(chan)生(sheng)），同(tong)時易于(yu)與下(xia)部的金屬(shu)熱(re)沉焊(han)接。
參考文獻：
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