中国粉体网讯  随着半导体照明技术的发展，大功率、小尺寸LED器件的散热要求越来越高。相对于金属材料，陶瓷材料有较多的技术优势：耐腐蚀性好、机械强度高、绝缘性能强、加工工艺简单、封装可靠性高等，因此成为新一代LED封装散热基板材料的重要选择。

（图片来源于网络）

陶瓷基板材料

陶瓷基板材料主要有Al2O3、BeO、AlN、Si3N4、SiC等。

（1）Al2O3陶瓷基板

Al2O3陶瓷基板由于价格低廉、力学性能较好，而且工艺技术纯熟，是目前应用最为广泛的陶瓷基板材料。但是Al2O3陶瓷的热导率较低（24W/(m·k），在一定程度上限制了其在大功率电子产品中的应用。

（2）BeO陶瓷基板

BeO陶瓷导热性能优良，综合性能良好，能够满足较高的电子封装要求，但是其热导率随温度波动变化较大，温度升高其热导率大幅下降。此外，BeO有剧毒，已逐渐淡出封装应用领域。

（3）SiC陶瓷基板

SiC陶瓷具有很高的热导率，热膨胀系数也与Si接近，而且SiC的物理性能较好，具有高耐磨性和高硬度，但是SiC是强共价键化合物，烧结温度高达2000多摄氏度，而且需要加入少量的烧结助剂才能烧结致密，导致SiC陶瓷基板制备能耗大，生产成本高。

（4）Si3N4陶瓷基板

Si3N4陶瓷的热导率与抗弯强度较高，能满足集成电路向高集成化、多层化、轻型化等特性发展，另外Si3N4陶瓷的强度和断裂韧性较高，耐热疲劳性能良好，是一种有着良好发展前景的高热导率高强度陶瓷基板材料。

（5）AlN陶瓷基板

AlN陶瓷作为一种新型的LED封装基板材料，具有热导率高（其理论热导率可达320W/(m·k）)、强度高、热膨胀系数低、介电损耗小、耐高温及化学腐蚀，而且无毒环保等优良性能，是被国内外一致看好最具发展前景的一种陶瓷材料。

DPC技术机理

应用比较广泛的LED陶瓷基板主要有四类：厚膜烧结陶瓷基板(TFC)、多层共烧陶瓷基板、直接键合陶瓷基板(DBC)及直接电镀陶瓷基板(DPC)。今天我们来了解一下直接电镀陶瓷基板(DPC)。

直接电镀陶瓷基板(DirectPlatedCopper，DPC)，采用磁控溅射沉积一层种子层，然后通过光刻、显影等工艺完成线路制备，接着利用电镀增厚线路层达到所需厚度，最后去除光刻胶完成整个工艺流程。相对于DBC高温工艺，DPC制备工艺控制在300℃以下，避免高温对材料性能的影响，并且可以较精确的控制铜层厚度，因此DPC线路精度高于DBC，可以到达50μm以下。另外通过激光打孔可以实现垂直结构的电互连，减小封装尺寸。

DPC陶瓷基板制备工艺

DPC陶瓷基板导热性能优良，线路对准精度高，化学性质稳定，机械强度高，适用于大功率LED封装工艺。整个工艺流程下图所示：

DPC基板制作工艺流程图

首先完成陶瓷基板的通孔制作，通常采用激光技术快速打孔，目的是实现基板垂直方向的电互连；磁控溅射一层种子层，一般采用钛和铜作为种子层材料，钛作为粘附层可以提高种子层与陶瓷基体的结合强度；黄光环境下，在种子层表面涂覆一层干膜，曝光、显影获得所需的线路，干膜工艺的优势在于省掉了匀胶过程，简化工艺，并且易于实现多层叠加，制作厚度达几百微米的线路结构，即使利用单层干膜，线路厚度也可以到达50μm左右，因此线路增厚时可以获得效果良好的垂直侧壁结构。

然后电镀增厚线路，提高线路的导电性和耐电流冲击性；镍金工艺，铜层增厚完成后，在铜层表面完成镍金层，可以采用化学镍金工艺，或者电镀镍、溅射金层完成镍金层，镍作为阻挡层，防止活泼的铜原子漂移到金层中，影响金层性能，金层作为保护层和焊接层，一方面可以保护铜层不被氧化，另一方面金的焊接性能非常好，易于保证金线键合的强度；去除干膜，再用干膜或其他光刻胶做一层线路保护层，刻蚀掉多余的种子层，去胶完成整个DPC陶瓷基板的制备。

DPC的优点与不足

优点：

（1）低温工艺（300℃以下），完全避免了高温对材料或线路结构的不利影响，也降低了制造工艺成本。

（2）采用薄膜与光刻显影技术，使基板上的金属线路更加精细（线宽尺寸20~30m，表面平整度低于0.3m，线路对准精度误差小于±1%），因此DPC基板非常适合对准精度要求较高的电子器件封装。特别是采用激光打孔与通孔填铜技术后（实现陶瓷基板上下表面互联），可实现电子器件三维封装，降低器件体积，提高封装集成度。

缺点：

（1）电镀沉积铜层厚度有限，且电镀废液污染大；

（2）金属层与陶瓷间的结合强度较低，产品应用时可靠性较低。

（3）电镀生长速度低，线路层厚度有限(一般控制在10μm~100μm)，难以满足大电流功率器件封装需求。

综上，将DPC技术应用于制备AlN陶瓷基板，能够充分发挥AlN陶瓷优异的物理性能。同时，它制备工艺温度较低，完全避免了高温对于材料所造成的破坏或尺寸变异等现象，也减小了基板的制备成本。AlN-DPC陶瓷基板相较于其它几种基板，更容易满足高密度封装的条件。

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专家介绍：

陈明祥，华中科技大学机械学院教授、博士生导师、武汉光电国家研究中心研究员、广东省珠江学者讲座教授、武汉利之达科技创始人。本科和硕士毕业于武汉理工大学材料学院，博士毕业于华中科技大学光电学院，美国佐治亚理工学院封装研究中心博士后。主要从事先进电子封装技术研发，包括功率器件封装（如LED、LD、IGBT、CPV等）、低温键合、系统集成技术等；主持科研项目包括国家自然科学基金、国家重点研发计划、科技部“863计划”与支撑计划项目、总装预研基金重点项目、广东省产学研合作重点项目、湖北省科技创新重点项目、武汉市科技成果转化重大项目等；已发表学术论文60余篇（其中SCI检索50余篇），获授权发明专利20余项（其中DPC陶瓷基板技术已通过专利转让实现产业化）。曾获国家技术发明二等奖（2016）、教育部技术发明一等奖（2015）、广东省科学技术三等奖（2010）等。

参考来源：

[1]程浩，陈明祥等.电子封装陶瓷基板

[2]程浩，陈明祥等.功率电子封装用陶瓷基板技术与应用进展

[3]吴朝晖，陈明祥等.大功率LED封装基板技术与发展现状

[4]张学斌.镀铜陶瓷基板制备与LED封装应用研究

[5]郝自亮.应用化学镀的DPC陶瓷基板制备技术研究

[6]王文君等.大功率LED封装基板研究进展

（中国粉体网编辑整理/山川）

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