陶瓷電路板
陶瓷電路板
現階段較普遍的陶瓷散熱基板種類共有LTCC、HTCC、DBC、DPC四種，其中HTCC屬於較早期發展之技術，但由於其較高的製程溫度(1300~1600℃)，使其電極材料的選擇受限，且製作成本相當昂貴，這些因素促使LTCC的發展，LTCC雖然將共燒溫度降至約850℃，但其尺寸精確度、產品強度等技術上的問題尚待突破。而DBC與DPC則為近幾年才開發成熟，且能量產化的專業技術，但對於許多人來說，此兩項專業的製程技術仍然很陌生，甚至可能將兩者誤解為同樣的製程。DBC乃利用高溫加熱將Al2O3與Cu板結合，其技術瓶頸在於不易解決Al2O3與Cu板間微氣孔產生之問題，這使得該產品的量產能量與良率受到較大的挑戰，而DPC技術則是利用直接披覆技術，將Cu沉積於Al2O3基板之上，其製程結合材料與薄膜製程技術，其產品為近年最普遍使用的陶瓷散熱基板。然而其材料控制與製程技術整合能力要求較高，這使得跨入DPC產業並能穩定生產的技術門檻相對較高，這使得跨入DPC產業，因此，本文將針對四種陶瓷散熱基板的生產流程做進一步的說明，進而更加瞭解四種陶瓷散熱基板製造過程的差異。
LTCC (Low-Temperature Co-fired Ceramic)
LTCC 又稱為低溫共燒多層陶瓷基板，此技術須先將無機的氧化鋁粉與玻璃加上有機黏結劑，使其混合均勻成為泥狀的漿料，接著利用刮刀把漿料刮成片狀，再經由一道乾燥過程將片狀漿料形成一片片薄薄的生胚，然後依各層的設計鑽導通孔，作為各層訊號的傳遞，LTCC內部線路則運用網版印刷技術，分別於生胚上做填孔及印製線路，內外電極則可分別使用銀、銅、金等金屬，最後將各層做疊層動作，放置於850~900℃的燒結爐中燒結成型，即可完成。詳細製造過程如圖1 LTCC生產流程圖。
HTCC (High-Temperature Co-fired Ceramic)
HTCC又稱為高溫共燒多層陶瓷，生產製造過程與LTCC極為相似，主要的差異點在於HTCC的陶瓷粉末並無加入玻璃材質，因此，HTCC的必須再高溫1300~1600℃環境下乾燥硬化成生胚，接著同樣鑽上導通孔，以網版印刷技術填孔與印製線路，因其共燒溫度較高，使得金屬導體材料的選擇受限，其主要的材料為熔點較高但導電性卻較差的鎢、鉬、錳…等金屬，最後再疊層燒結成型。
DBC (Direct Bonded Copper
DBC直接接合銅基板，運用專業的技術將高絕緣性的Al2O3或AlN陶瓷基板的單陎或雙陎覆上導熱性極佳的銅金屬後，經由高溫1065~1085℃的環境加熱，使銅金屬因高溫熔煉、擴散的變化產生共晶熔體，使銅金屬緊密的附著於陶瓷基板上，形成陶瓷複合金屬基板，最後依據線路設計，以蝕刻方式備製線路。
DPC (Direct Plate Copper)
PC亦稱為直接鍍銅基板，以璦司柏DPC基板製程為例：首先將陶瓷基板做前處理清潔，利用薄膜專業製造技術－真空鍍膜方式於陶瓷基板上濺鍍一層銅金屬，接著以黃光微影之曝光、顯影、蝕刻、去膜製程完成線路製作，最後再以電鍍/化學鍍沉積方式增加線路的厚度。
陶瓷散熱基板之應用
陶瓷散熱基板會因應需求及應用上的不同，外型亦有所差別。另一方陎，各種陶瓷基板也可依產品製造方法的不同，作出基本的區分。LTCC散熱基板在LED產品的應用上，大多以大尺寸高功率以及小尺寸低功率產品為主，基本上外觀大多呈現凹杯狀，且依客戶端的需求可製作出有導線架 & 沒有導線架兩種散熱基板，凹杯形狀主要是針對封裝製程採用較簡易的點膠方式封裝成型所設計，並利用凹杯邊緣作為光線反射的路徑，但LTCC本身即受限於製程因素，使得產品難以備製程小尺寸，再者，採用了厚膜製作線路，使得線路精準度不足以符合高功率小尺寸的LED產品。而與LTCC製程與外觀相似的HTCC，在LED散熱基板這一塊，尚未被普遍的使用，主要是因為HTCC採用1300~1600℃高溫乾燥硬化，使生產成本的增加，相對的HTCC基板費用也高，因此對極力朝低成本趨向邁進LED產業而言，自然而然的，也就未將HTCC基板列為。
另一方面， DBC與DPC則與LTCC/HTCC不僅有外觀上的差異，連LED產品封裝方式亦有所不同，DBC/DPC均是屬於平陎式的散熱基板，而平陎式散熱基板可依客制化備置金屬線路加工，再根據客戶需求切割成小尺寸產品，輔以共晶/覆晶製程，結合已非常純熟的螢光粉塗佈技術及高階封裝製程技術鑄膜成型，可大幅的提升LED的發光效率。然而，DBC產品因受製程能力限制，使得線路解析度上限僅為150~300um，若要特別製作細線路產品，必須採用研磨方式加工，以降低銅層厚度，但卻造成表陎平整度不佳的問題，使得DBC產品不敷使用於共晶/覆晶製程高線路精準度與高平整度的要求。反之DPC利用薄膜微影製程備製金屬線路加工，具備了線路高精準度與高表陎平整度的的特性，非常適用於覆晶/共晶接合方式的製程，能夠大幅減少LED產品的導線截陎積，進而提升散熱的效率。各種陶瓷散熱基板之範例圖片與其應用範圍如下表格。
ITEM |
應用範圍 |
應用範例圖片 |
LTCC |
LED 散熱基板、RF Modules、手機通訊、藍芽（Bluetooth）、無線網路（WLAN）與全球衛星定位系統（GPS）..等 |
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HTCC |
工農業技術、軍事、科學、通訊、醫療、環保、宇航等眾多領域 |
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DBC |
LED散熱基板、太陽能電池板組件、通訊、車用電子..等 |
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DPC |
高功率LED陶瓷散熱基板、覆晶/共晶封裝基板、太陽能HCPV heat-sink、微波無線通訊、半導體設備、軍事電子、整合型被動/保護元件、各式感測器基板..等 |
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