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陶瓷散热基板都有哪些特征?

陶瓷散热基板 pcb打样

在瞭解陶瓷散热基板的制造方法后,接下来将近一步的探讨各个散热基板的特性具有哪些差异,而各项特性又分别代表了什么样的意义,为何会影响了散热基板在应用时必须作为考量的重点。以下表一 陶瓷散热基板特性比较中,本文取了散热基板的:(1)热传导率、 (2)工艺温度、(3)线路制作方法、(4)线径宽度,四项特性作进一步的讨论:

氧化铝陶瓷pcb

一,  热传导率

热传导率又称为热导率,它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。LED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,因此,散热基板热传导效果的优劣就成为业界在选用散热基板时,重要的*估项目之一。检视表一,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2~3W/mK左右;而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基板约在16~17W/mK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。

二, 操作环境温度

操作环境温度,主要是指产品在生产过程中,使用到最高工艺温度,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,而LTCC/DBC的工艺温度亦约在850~1000℃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,为解决此问题相关业者也在努力寻求解决方案中。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。而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。

三, 工艺能力

在表一中的工艺能力,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准度、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,工艺解析度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,这使得其工艺解析度较为受限。而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解析度上限亦仅为150~300um之间(以深宽比1:1为标准)。而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确,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(金属厚度与线路解析度)而设计。一般而言,DPC金属线路的解析度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。下表二即为厚膜与薄膜工艺产品的差异做简单的比较。

COB陶瓷板

4、陶瓷散热基板之应用

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,且依客户端的需求可制作出有导线架 & 没有导线架两种散热基板,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,并利用凹杯边缘作为光线反射的路径,但LTCC本身即受限于工艺因素,使得产品难以备制成小尺寸,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,尚未被普遍的使用,主要是因为HTCC采用1300~1600℃高温干燥硬化,使生产成本的增加,相对的HTCC基板费用也高,因此对极力朝低成本趋向迈进LED产业而言,面临了较严苛的考验HTCC。

另一方面, DBC与DPC则与LTCC/HTCC不仅有外观上的差异,连LED产品封装方式亦有所不同,DBC/DPC均是属于平面式的散热基板,而平面式散热基板可依客制化备制金属线路加工,再根据客户需求切割成小尺寸产品,辅以共晶/覆晶工艺,结合已非常纯熟的萤光粉涂布技术及高阶封装工艺技术铸膜成型,可大幅的提升LED的发光效率。然而,DBC产品因受工艺能力限制,使得线路解析度上限仅为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,使得DBC产品不易于共晶/覆晶工艺高线路精准度与高平整度的要求之应用。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,非常适用于覆晶/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。  

陶瓷电路板特别是氧化铝陶瓷电路板在特定的应用方面还是有很多的优势的,我相信随着陶瓷电路板工艺和技术发发展,陶瓷板生产的一些问题都会客服掉。金瑞欣特种电路是专业的pcb打样和中小批量生产厂家,专业提高氧化铝陶瓷电路板,DPC陶瓷基板】COB陶瓷板,十年PCB制作经验,值得信赖。


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