中國粉體網訊 電子封裝技術發展的同時也伴隨著電子封裝材料和工藝的發展，目前常用封裝材料的主要材料有塑料、金屬和陶瓷，目前來說塑料基片還占據主導位置，但它的散熱及穩定性能較差，被新的材料取代是早晚的事，陶瓷封裝材料雖不是主要材料，但它綜合性能最好，且在電子封裝領域的應用占比也在逐年增加。
電子封裝對材料的要求
陶瓷材料在電子封裝中主要用作基板，且對這種陶瓷基板有非常嚴格的性能要求。
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1、在電性能方面，要求有較低的介電常數、低介電損耗、高絕緣電阻、以及高溫穩定性。
2、在熱性能方面，要求高熱導率、良好散熱性、熱膨脹系數與待裝配器件匹配，以及優秀的耐熱性能。
3、在機械性能方面，要求機械強度高、良好的可加工性能、適合精細化和多層化制作工藝，以及表面光滑、變形小、無彎曲和無微裂紋等。
4、在其他方面，要求化學穩定性好、無害、成本低廉等。
氧化鋁陶瓷是一種以a-Al2O3為主晶相的陶瓷材料，由于其本身具有高熔點、高硬度、耐熱、耐腐蝕、電絕緣等特性，早就被研究并應用到電子封裝領域了，尤其是球形氧化鋁陶瓷，具備更優異的性能優勢。
為啥要選球形氧化鋁
我們都知道，陶瓷材料的性能和原料粉體顆粒的形貌和尺寸有很大關系，球形氧化鋁尤其是超細球形氧化鋁粉體，具有規則的形貌、較大的堆積密度、較好的流動性和較高的硬度和強度，能夠制備出性能優異的基板。
氧化鋁基板分類
1、HTCC
HTCC又稱為高溫共燒多層陶瓷基板。制備過程中先將球形氧化鋁粉中加入有機黏結劑，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。
2、LTCC
LTCC又稱低溫共燒陶瓷基板，其制備工藝與HTCC類似，只是在氧化鋁粉中混入質量分數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LTCC陶瓷料中含有玻璃相，其綜合熱導率僅為2~3W/(m·℃)。此外，由于LTCC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。為了提高LTCC導熱性能，可在貼片區增加導熱孔或導電孔，但成本增加。
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3、TFC
TFC即厚膜陶瓷基板，為一種后燒陶瓷基板。采用絲網印刷技術將金屬漿料涂覆在陶瓷基片表面，經過干燥、高溫燒結（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，TFC在對圖形精度要求不高的電子封裝中得到一定應用。
4、DBC
DBC又稱直接鍵合銅陶瓷基板，由Al2O3陶瓷基片與銅箔在高溫下（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復合體的膨脹，使DBC基板具有近似氧化鋁的熱膨脹系數，因此，DBC具有導熱性好、絕緣性強、可靠性高等優點。
在封裝領域的應用
1、IGBT封裝
IGBT（絕緣柵雙極晶體管）有輸入阻抗高、開關速度快、通態電壓低、阻斷電壓高、承受電流大等特點，成為當今功率半導體器件發展主流。其應用小到變頻空調、靜音冰箱、洗衣機、電磁爐、微波爐等家用電器，大到電力機車牽引系統等。目前國際IGBT市場主要由歐美、日本企業所壟斷，但國內從2012年開始實現量產。
2、LD封裝
LD封裝是指通過電連接、光耦合、溫控、機械固定及密封等措施使半導體LD成為具有一定功能且性能穩定的組件的裝配過程。為提高LD器件可靠性，主要從兩個方面選擇熱沉材料，一是材料熱導率要高，二是材料與芯片間的熱膨脹系數盡可能匹配。因此，氧化鋁及氮化鋁等陶瓷材料成為首選。
3、LED封裝
由于氧化鋁陶瓷具有的高絕緣、高導熱和耐熱、低膨脹等特性，特別是采用通孔互聯技術，可有效滿足LED倒裝、共晶、COB（板上芯片）、CSP（芯片規模封裝）、WLP（圓片封裝）封裝需求，適合中高功率LED封裝。
4、光伏（PV）模組封裝
光伏發電是根據光生伏特效應原理，利用太陽能電池將太陽光直接轉化為電能。在聚焦型光伏（CPV）組件制造過程中，由于聚焦作用導致太陽光密度增加，芯片溫度升高，必須采用陶瓷基板強化散熱。實際應用中，陶瓷基板表面的金屬層通過熱界面材料（TIM）分別與芯片和熱沉連接，熱量通過陶瓷基板快速傳導到金屬熱沉上，有效提高了系統光電轉換效率與可靠性。
5、其它領域電子封裝
許多行業（包括航天航空、地下鉆探、汽車電子等）都需要能夠在極端環境（如高溫、高濕、高壓力、多灰塵等）下可靠工作的電子器件。通常工程師會采用主動冷卻技術，但某些應用可能無法進行冷卻，或者電子器件在高溫下工作時更為有利。因此，封裝材料必須具有高耐熱性和抗濕性，包括基板材料，熱界面材料和焊線材料等。
參考來源
[1]程浩等.功率電子封裝用陶瓷基板技術與應用進展
[2]龍樂.低溫共燒陶瓷基板及其封裝應用
[3]辛國鋒等.大功率半導體激光器陣列的封裝技術
[4]劉潔.超細球形氧化鋁的制備及其粒度與晶型的控制
（中國粉體網編輯整理/山川）
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