陶瓷基板的特性及发展空间分析

陶瓷基板材料以其优良的导热性和气密性，广泛应用于功率电子、电子封装、混合微电子与多芯片模块。

现阶段较普遍的陶瓷散热基板种类共有HTCC(High-Temperature Co-fired Ceramic)、LTCC(Low-Temperature Co-fired Ceramic)、DBC(Direct Bonded Copper)、DPC(Direct Plate Copper)四种。

HTCC多层封装和基板

其中HTCC属于较早期发展的技术，但由于烧结温度较高使其电极材料的选择受限，且制作成本相对昂贵，这些因素促使LTCC的发展，LTCC虽然将共烧温度降至约850℃，但缺点是尺寸精准度、产品强度等不易控制。

LTCC

而DBC与DPC则为国内近几年才开发成熟，且能量产化的专业技术，DBC是利用高温加热将Al2O3与Cu板结合，其技术瓶颈在于不易解决Al2O3与Cu板间微气孔产生之问题，这使得该产品的量产能量与优良率受到较大的挑战。

DBC

DPC技术是利用直接镀铜技术，将Cu沉积于Al2O3基板之上，其工艺结合材料与薄膜工艺技术，其产品为近年最普遍使用的陶瓷散热基板。

DPC衬底应用

DPC基板工艺为例：首先将陶瓷基板做前处理清洁，利用薄膜专业制造技术－真空镀膜方式于陶瓷基板上溅镀结合于铜金属复合层，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。

DCP工艺流程图

陶瓷基板特性

（1）热传导率代表了基板材料本身直接传导热能的一种能力，数值愈高代表其散热能力愈好。

在LED领域，散热基板最主要的作用就是在于如何有效的将热能从LED芯片传导到系统散热，以降低LED芯片的温度，增加发光效率与延长LED寿命。

由四种陶瓷散热基板的比较可明看出，虽然Al2O3材料之热传导率约在20~24之间，LTCC为降低其烧结温度而添加了30%~50%的玻璃材料，使其热传导率降至2~5W/m·K左右.

HTCC因其普遍共烧温度略低于纯Al2O3基板之烧结温度，而使其因材料密度较低使得热传导系数低Al2O3基板约16~20W/m·K之间。

一般来说，LTCC与HTCC散热效果并不如DBC与DPC散热基板里想。

操作环境温度，主要是指产品在生产过程中，使用到蕞高工艺温度，而以一生产工艺而言，所使用的温度愈高，相对的制造成本也愈高，且良率不易掌控。

HTCC工艺本身即因为陶瓷粉末材料成份的不同，其工艺温度约在1300~1600℃之间。此外，HTCC与LTCC在工艺后对必须叠层后再烧结成型，使得各层会有收缩比例问题。

另一方面，DBC对工艺温度精准度要求十分严苛，必须于温度极度稳定的1065~1085℃温度范围下，才能使铜层熔炼为共晶熔体，与陶瓷基板紧密结合，若生产工艺的温度不够稳定，势必会造成良率偏低的现象。

在工艺温度与裕度的考量，DPC的工艺温度仅需250~350℃左右的温度即可完成散热基板的制作，完全避免了高温对于材料所造成的破坏或尺寸变异的现象，也排除了制造成本费用高的问题。

工艺能力

工艺能力，主要是表示各种散热基板的金属线路是以何种工艺技术完成，由于线路制造/成型的方法直接影响了线路精度、表面粗糙镀、对位精准度等特性，因此在高功率小尺寸的精细线路需求下，工艺分辨率便成了必须要考虑的重要项目之一。

LTCC与HTCC均是采用厚膜印刷技术完成线路制作，厚膜印刷本身即受限于网版张力问题，一般而言，其线路表面较为粗糙，且容易造成有对位不精准与累进公差过大等现象。此外，多层陶瓷叠压烧结工艺，还有收缩比例的问题需要考量，这使得其工艺分辨率较为受限。

厚膜印刷

DBC虽以微影工艺备制金属线路，但因其工艺能力限制，金属铜厚的下限约在150~300um之间，这使得其金属线路的分辨率上限亦仅为150~300um之间(以深宽比1:1为标准)。

DPC则是采用的薄膜工艺制作，利用了真空镀膜、黄光微影工艺制作线路，使基板上的线路能够更加精准，表面平整度高，再利用电镀/电化学镀沉积方式增加线路的厚度，DPC金属线路厚度可依产品实际需求(金属厚度与线路分辨率)而设计。

Microlithography

一般而言，DPC金属线路的分辨率在金属线路深宽比为1:1的原则下约在10~50um之间。因此，DPC杜绝了LTCC/HTCC的烧结收缩比例及厚膜工艺的网版张网问题。

陶瓷散热基板会因应需求及应用上的不同，外型亦有所差别。另一方面，各种陶瓷基板也可依产品制造方法的不同，作出基本的区分。

LTCC散热基板在LED产品的应用上，大多以大尺寸高功率以及小尺寸低功率产品为主，基本上外观大多呈现凹杯状，凹杯形状主要是针对封装工艺采用较简易的点胶方式封装成型所设计。再者，采用了厚膜制作线路，使得线路精准度不足以符合高功率小尺寸的LED产品。

而与LTCC工艺与外观相似的HTCC，在LED散热基板这一块，由于需要高温烧结，成本的增加，尚未被普遍的使用。

DBC产品因受工艺能力限制，使得线路分辨率上限仅为150~300um，若要特别制作细线路产品，必须采用研磨方式加工，以降低铜层厚度，但却造成表面平整度不易控制与增加额外成本等问题。

DPC利用薄膜微影工艺备制金属线路加工，具备了线路高精准度与高表面平整度的的特性，非常适用于复晶/共晶接合方式的工艺，能够大幅减少LED产品的导线截面积，进而提升散热的效率。

经由上述各种陶瓷基板之生产流程、特性比较、以及应用范围说明后，可明确的比较出个别的差异性。

LTCC、HTCC、DBC、与DPC等陶瓷基板都已广泛使用与研究，然而，在高功率LED陶瓷散热领域而言，DPC在目前发展趋势看来，可以说是最适合高功率且小尺寸LED发展需求的陶瓷散热基板。