陶瓷基板是指銅箔在高溫下直接鍵合到氧化鋁(Al2O3)或氮化鋁(AlN)陶瓷基片表面(單面或雙面)上的特殊工藝板。所制成的超薄復(fù)合基板具有優(yōu)良電絕緣性能，高導(dǎo)熱特性，優(yōu)異的軟釬焊性和高的附著強(qiáng)度，并可像PCB板一樣能刻蝕出各種圖形，具有很大的載流能力。因此，陶瓷基板已成為大功率電力電子電路結(jié)構(gòu)技術(shù)和互連技術(shù)的基礎(chǔ)材料。
陶瓷基板主要分為平面陶瓷基板和三維陶瓷基板兩大類。
| 陶瓷基板工藝 | 應(yīng)用場(chǎng)景 |
|---|---|
| 厚膜陶瓷基板(TPC) | 汽車電子、光通信 |
| 薄膜陶瓷基板(TFC) | 激光器等 |
| 直接鍍銅陶瓷基板(DPC) | 大功率LED、IGBT |
| 直接覆銅陶瓷基板(DBC) | 激光器等 |
| 活性金屬焊接陶瓷基板(AMB) | SiC功率器件 |
| 高溫共燒陶瓷基板(HTCC) | 大功率、高溫器件封裝，軍工、航天 |
| 低溫共燒陶瓷基板(LTCC) | 電子器件 |
現(xiàn)階段較普遍的陶瓷散熱基板種類有：HTCC，LTCC，DBC，DPC，AMB等。
屬于較早發(fā)展的技術(shù)，是采用陶瓷與高熔點(diǎn)的W、Mo等金屬圖案進(jìn)行共燒獲得的多層陶瓷基板。但由于燒結(jié)溫度較高使其電極材料的選擇受限，且制作成本相對(duì)昂，促使了LTCC的發(fā)展。
LTCC技術(shù)共燒溫度降至約850℃，通過(guò)將多個(gè)印有金屬圖案的陶瓷膜片堆疊共燒，實(shí)現(xiàn)電路在三維空間布線。
是在陶瓷薄膜工藝加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的陶瓷電路加工工藝。以陶瓷作為線路的基板，采用濺鍍工藝于基板表面復(fù)合金屬層，并以電鍍和光刻工藝形成電路。
通過(guò)熱熔式粘合法，在高溫下將銅箔直接燒結(jié)到Al2O3和AlN陶瓷表面而制成復(fù)合基板。
AMB是在DBC技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，在800℃左右的高溫下，含有活性元素Ti、Zr的AgCu焊料在陶瓷和金屬的界面潤(rùn)濕并反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)陶瓷與金屬異質(zhì)鍵合。
其中，HTCC、LTCC都屬于燒結(jié)工藝，成本都會(huì)較高。而DBC與DPC則為國(guó)內(nèi)近年來(lái)才開(kāi)發(fā)成熟，且能量產(chǎn)化的專業(yè)技術(shù)，DBC是利用高溫加熱將Al2O3與Cu板結(jié)合，其技術(shù)瓶頸在于不易解決Al2O3與Cu板間微氣孔產(chǎn)生之問(wèn)題，這使得該產(chǎn)品的量產(chǎn)能量與良率受到較大的挑戰(zhàn)，而DPC技術(shù)則是利用直接鍍銅技術(shù)，將Cu沉積于Al2O3基板之上，其工藝結(jié)合材料與薄膜工藝技術(shù)，其產(chǎn)品為近年最普遍使用的陶瓷散熱基板。然而其材料控制與工藝技術(shù)整合能力要求較高，這使得跨入DPC產(chǎn)業(yè)并能穩(wěn)定生產(chǎn)的技術(shù)門檻相對(duì)較高。與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，AMB陶瓷基板是靠陶瓷與活性金屬焊膏在高溫下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)合，因此其結(jié)合強(qiáng)度更高，可靠性更好，極適用于連接器或?qū)﹄娏鞒休d大、散熱要求高的場(chǎng)景。尤其是新能源汽車、軌道交通、風(fēng)力發(fā)電、光伏、5G通信等對(duì)性能要求苛刻的電力電子及大功率電子模塊對(duì)AMB陶瓷覆銅板需求巨大。
陶瓷基板主要材料包括氧化鈹（BeO）、氧化鋁（Al2O3）、氮化鋁（AlN）和氮化硅（Si3N4）等。
| 基板材料 | 抗彎強(qiáng)度/MPa | 熱膨脹系數(shù)/℃-1 | 熱導(dǎo)率/[W/(m·K)] | 斷裂韌性/MPa | 使用成本 | 毒性 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 氮化硅 | 600 - 800 | 7.2x10-6/°C | <320 | 300 - 400 | 較高 | 無(wú) |
| 氮化鋁 | 350 | 6.7x10-6/°C | <320 | 300 - 400 | 低 | 無(wú) |
| 氧化鋁 | 400 | 3x10-6/°C | 15 - 30 | 920 | 低 | 無(wú) |
| 氧化鈹 | 350 | 4.5x10-6/°C | <250 | 170 - 270 | 高 | 有 |
來(lái)源:《高性能Si3N4陶瓷基板制備工藝與性能研究進(jìn)展,王琳等》
陶瓷粉體是影響陶瓷基板物理、力學(xué)性能的關(guān)鍵因素。粉體的純度、粒度、物相、氧含量等會(huì)對(duì)陶瓷基板的熱導(dǎo)率、力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響，其特性也決定了基板成型工藝、燒結(jié)工藝的選擇。BeO陶瓷具有較高的熱導(dǎo)率，但是其毒性和高生產(chǎn)成本限制了它的生產(chǎn)和應(yīng)用。Al2O3陶瓷基板因其價(jià)格低廉、耐熱沖擊性好已被廣泛應(yīng)用，但因其熱導(dǎo)率相對(duì)較低和熱膨脹率不匹配的問(wèn)題，已無(wú)法完全滿足功率器件向大功率、小型化方向發(fā)展的趨勢(shì)。AlN和Si3N4陶瓷基板在膨脹系數(shù)及熱導(dǎo)率方面的優(yōu)勢(shì)被認(rèn)為是未來(lái)的發(fā)展方向。Si3N4的撓曲強(qiáng)度更是得到大幅改善, 設(shè)計(jì)師們也因此而受益；其斷裂韌性甚至超過(guò)了氧化鋯摻雜陶瓷，在90 W/mK的熱導(dǎo)率下達(dá)到了6.5 - 7 MPa/√m。
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