封装陶瓷基板的应用- SMT行业之家-优秀的源头厂家交易网

封装陶瓷基板的应用

2026年01月10日 10:17 浏览：143 来源：小萍子

封装陶瓷基板的应用

一、陶瓷基板性能与检测

目前，陶瓷基板性能检测尚无国家或行业标准。其主要性能包括基板外观、力学性能、热学性能、电学性能、封装性能 (工作性能)和可靠性等。

a.外观检测：陶瓷基板外观检测一般采用肉眼或显微镜，检测基板表面是否有裂缝、孔洞，金属层表面是否有气泡、脱层、划痕或污渍等质量缺陷。此外，陶瓷基板尺寸、基板平整度 (翘曲)、金属线路层厚度与表面粗糙度、线宽与间距等都是需要重点检测的内容。

b.力学性能：平面陶瓷基板力学性能主要指金属线路层结合强度，表示金属层与陶瓷基片间的粘接强度，直接决定了后续器件封装质量 (固晶强度与可靠性等)。不同方法制备的陶瓷基板结合强度差别较大，通常采用高温工艺制备的平面陶瓷基板 (如TPC、DBC等)，其金属层与陶瓷基片间通过化学键连接，结合强度较高；而低温工艺制备的陶瓷基板 (如DPC基板)，金属层与陶瓷基片间主要以范德华力及机械咬合力为主，结合强度偏低。常用结合强度测试方法包括：

(1)胶带法：将3M胶带紧贴金属层表面，用橡皮滚筒在上面滚压，以去除粘接面内气泡。10 s后用垂直于金属层的拉力使胶带剥离，检测金属层是否从基片上剥离，属于一种定性测试方法。

(2)焊线法：选用直径为0.5 mm或1.0 mm的金属线，通过焊料熔化直接焊接在基板金属层上，随后用拉力计沿垂直方向测量金属线抗拉力。

(3)剥离强度法：将陶瓷基板表面金属层蚀刻 (划切)成5 mm×10 mm 长条，然后在剥离强度测试机上沿垂直方向撕下，测试其剥离强度。要求剥离速度为50 mm/min，测量频率为10次/s。

二、应用

1.电力电子器件封装

自20世纪50年代至今，电力电子器件经历了从晶闸管到GTR/GTO/MOSFET，再到绝缘栅双极晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor, IGBT）的演进过程。与前两代产品相比，以IGBT为代表的第三代电力电子器件具备工作频率高、功率容量大、开关速度快等优势，在国防军事、航天航空、电动牵引、轨道交通、新能源汽车及家用电子设备等领域得到了广泛应用。由于IGBT输出功率较高，工作时产生大量热量，若散热不良将导致芯片损坏，因此散热成为IGBT封装的技术关键，必须采用陶瓷基板以增强散热能力，如图所示。目前，IGBT封装主要采用直接键合陶瓷（DBC）基板，原因在于DBC基板的金属线路层较厚（通常为100 μm～600 μm），具有载流能力强、耐高温性能好及可靠性高等特点。

(a)IGBT模块及 (b)采用DBC基板封装IGBT模块

2 激光器 (LD)封装

LD是受激辐射的半导体器件，广泛应用于工业、军事、医疗和3D打印等领域，如图(a)所示。目前国际上90 μm～100 μm单管9××nm器件商用产品输出功率在12 W～18 W之间，实验室水平可达20 W～25 W。由于LD电光转换效率约为50%～60%，工作时大量热量集中在有源区，导致结温升高，引发腔面灾变性光学损伤或饱和现象，严重限制LD输出功率和使用寿命。此外，热膨胀系数不匹配导致器件内部产生热应力，输出光在快轴方向呈非线性分布，给光束准直、整形及光纤耦合带来极大挑战，是阻碍高功率激光器广泛应用的主要因素之一。因此，在LD封装中必须采用导热性能良好、热膨胀系数匹配的陶瓷基板。由于AlN陶瓷具有热导率高、热膨胀系数低等优点，因此LD封装普遍使用AlN陶瓷基板，如图(b)所示。倪羽茜等人采用AlN和SiC两种陶瓷制成三明治型热沉实现了大功率LD单管高功率输出，模拟分析和实验结果显示，SiC和AlN材料制备的陶瓷基板热阻分别为1.19 K/W和1.30 K/W，二者在15 A时输出功率分别为13.1 W和16.3 W，峰值电光转换效率分别为63.9% 和68.3%。

(a)蓝光LD器件及 (b)采用DBC基板封装LD结构示意图

3.热电制冷器 (TEC)封装

热电制冷片 (Thermoelectric Cooler,TEC)是一种常用的半导体制冷器件，其工作原理为帕尔贴效应，其样品如图(a)所示，结构示意图如图(b)所示。热电制冷技术优势明显，主要表现在：(1)无运动部件，无噪声，无磨损、寿命长，易于调控，可靠性高；(2)不使用制冷剂，无泄漏，对环境无污染；(3)制冷器尺寸小，重量轻，适合小容积、小尺寸等特殊环境电子器件散热。由于热电制冷效率与半导体粒子数量呈正相关，单位面积粒子数量越多，热电制冷效率越高。DPC陶瓷基板图形精度高，可提高粒子布置密度，从而有效提高热电制冷效率。

4.发光二极管 (LED)封装

发光二极管（LED）与激光器（LD）类似，也是一种基于电光转换的半导体功率器件。LED具有电光转换效率高、响应速度快、使用寿命长及节能环保等优势，目前已广泛应用于通用照明、信号指示、汽车灯具和背光显示等领域。随着LED技术的不断发展，芯片尺寸和驱动电流持续增大，LED模组的功率密度也随之提高，散热问题日益突出。

大功率LED封装基板的演进主要经历了三个阶段：金属支架、金属基板和陶瓷基板。得益于陶瓷基板所具有的高绝缘性、高导热性、耐热性及低热膨胀系数等优异特性，尤其是采用垂直通孔技术的直接镀铜陶瓷基板，可有效满足倒装共晶、板上芯片封装、芯片尺寸封装等技术在白光LED封装中的应用需求，如图所示。

对于紫外LED模组，采用三维结构陶瓷基板能够同时满足其高效散热与气密封装要求，如图所示。

白光LED模组及其陶瓷封装示意图

紫外LED模组及其封装结构图