陶瓷基板的優(yōu)勢如何？檢測需求有哪些？應(yīng)選用怎樣的測量儀進行檢測？

近年來，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，芯片的輸入功率要求越來越高，高功率產(chǎn)品就意味著需要具備良好的散熱性能。對于電子器件而言，隨著溫度的升高，器件壽命也會受到一定程度的降低，溫度每升高10℃，有效壽命就減少30%至50%。陶瓷基板因其優(yōu)異的導熱性、耐熱性、耐腐蝕性、高絕緣性、抗輻射、高穩(wěn)定性、低熱脹等優(yōu)點，在電子器件、光電子器件、微波器件等領(lǐng)域的應(yīng)用需求不斷增加，對陶瓷基板的精度要求也越來越高。

因此在制造陶瓷基板時，需要對陶瓷基板的表面粗糙度、平面度、厚度尺寸、線寬、線距、銅厚、高度差、翹曲等進行測量，此時選擇精度合適、檢測速度合適、性能和性價比足夠高的檢測儀器尤為重要。

那么，陶瓷基板的優(yōu)勢如何？檢測需求有哪些？應(yīng)選用怎樣的測量儀進行檢測呢？

一、陶瓷基板的概述和分類

陶瓷材料是指天然或合成化合物經(jīng)過?成形和高溫燒結(jié)制成的一類無機非金屬材料。

基板是一種具有特定性能和功能的材料，用于芯片的支撐、保護、散熱作用以及連接下層電路板的作用。

陶瓷基板是以陶瓷材料為基體，通過一定的工藝方法制備而成的電子封裝材料，是一種特種PCB板材，它具有良好的導熱性、高絕緣性、高穩(wěn)定性、以及較高的介電常數(shù)等特點，因此廣泛應(yīng)用于電子封裝、光電子器件等領(lǐng)域。

陶瓷基板按照材料種類主要分為氧化物陶瓷基板、氮化物陶瓷基板、碳化物陶瓷基板等。其中，氧化物陶瓷基板主要包括氧化鋁、氧化鈹、氧化鋯等；氮化物陶瓷基板主要包括氮化鋁、氮化硅等；碳化物陶瓷基板主要包括碳化硅、碳化硼等。

陶瓷基板按照結(jié)構(gòu)分類主要分為平面陶瓷基板、多層陶瓷基板兩大類。按照工藝分類主要分為HTCC（高溫共燒）、LTCC（低溫共燒）、DPC（直接鍍銅）、DBC（直接鍵合銅）、TPC（厚膜印刷）、TFC（薄膜）、AMB（活性金屬焊接）、LAM（激光活化金屬）等。

二、陶瓷基板和普通PCB板的區(qū)別

材料不同

普通PCB板的材料是有機材料，陶瓷基板的材料是氧化物、氮化物、碳化物等無機非金屬材料。

性能和應(yīng)用不同

普通的PCB板應(yīng)用范圍比較廣，而陶瓷基板因其優(yōu)異的導熱性，多應(yīng)用于散熱需求較大、較大功率、易發(fā)熱的產(chǎn)品上。

陶瓷基板的優(yōu)勢和劣勢

優(yōu)勢

普通的PCB板需要做一層絕緣層才能具備絕緣性，而陶瓷基板的材料是無機非金屬材料，本身就具有良好的絕緣性。

普通的PCB板熱應(yīng)力比較大，而陶瓷基板的熱膨脹系數(shù)和Si相近，在一定程度上可以減小熱應(yīng)力。

陶瓷基板的散熱性能非常好，導熱系數(shù)大概在二十五萬至二百三十萬之間，而普通的PCB板導熱系數(shù)僅有一萬至三萬左右。

陶瓷基板的介電常數(shù)相對較低，介電損耗小，相較普通PCB板的高頻性能優(yōu)勢明顯。

普通的PCB板載流量較小，陶瓷基板的載流量較大，100A電流連續(xù)通過1mm寬0.3mm厚銅體，溫升約17℃。

相較于普通PCB板，陶瓷基板體積小、熱阻低，便于做高集成、微型化發(fā)展。

劣勢

陶瓷基板一般多為單面板、雙面板，若制成多層板，報廢率較高，工藝要求和費用也都很高；而普通PCB板可以做多層板，十幾層、幾十層都能做，且能制成不易碎的大尺寸PCB板。

三、陶瓷基板的應(yīng)用范圍

陶瓷基板因其良好的導熱性、高絕緣性、高穩(wěn)定性等特點，多用于功率較高、散熱需求較大的行業(yè)。例如：

航空航天

光伏芯片

5G技術(shù)、基站

高鐵動車

新能源汽車

IGBT模塊

醫(yī)療器械

大功率LED封裝

大功率電子模組

第三代半導體SiC

......

四、陶瓷基板的檢測需求

不同種類的陶瓷基板，其表面粗糙度、拋光精度、厚度尺寸、平面度、線寬、線距、銅厚、線路板加工公差等都有明確要求。

表面粗糙度

陶瓷基板覆銅表面的粗糙度會影響精細間距、高密度互連的電路，對陶瓷基板進行拋光處理，可以減少基板表面的峰跟谷的振幅，?從而可以使用非常薄的金屬層，更薄的電阻層增加了材料的片電阻。因此，需要對陶瓷基板的表面粗糙度進行精密測量。

平面度、翹曲

陶瓷基板的平面度會影響表面覆銅的貼合度，從而影響基板的電壓、電阻，影響產(chǎn)品的安全性及性能。因此制造時需要對陶瓷基板的平面度進行精密測量。

厚度尺寸

陶瓷基板的厚度越厚，強度越好，耐壓性越好，但導熱性就差；反之，厚度越薄，強度和耐壓性就相對差一些，但導熱性強。因此需要對陶瓷基板的厚度尺寸進行測量，從而控制不同場景下所需的陶瓷基板厚度。

線寬、線距、銅厚

陶瓷基板的走線寬度變化會影響阻抗變化，因此發(fā)生反射，影響信號發(fā)生。因此需要對陶瓷基板的線寬、線距、銅厚進行檢測。

R角

部分陶瓷基板有鍍金的需求，生產(chǎn)制造陶瓷基板的過程中需要對塌邊進行測量檢測與控制，從而控制鍍金的材料成本。

五、陶瓷基板的檢測案例分享

對于陶瓷基板的表面粗糙度、R角、線寬、線距、銅厚、厚度尺寸等更高精度的測量，課題組一般會使用院內(nèi)共享測試中心的AFM原子力顯微鏡或者白光干涉儀進行檢測。但是之前使用AFM過程中發(fā)生了撞針的情況，心有余悸，這次換成使用非接觸式的白光干涉儀去測。

測試中心有兩臺白光干涉儀，一臺是美國進口的，另外一臺是測試中心去年才引進的國產(chǎn)的白光干涉儀。 當然我首選是美國進口那臺，但是排號已經(jīng)到第二天， 測試中心老師告知很多同學固有思維覺得還是進口的測比較好， 實際這臺國產(chǎn)的已經(jīng)全部驗證和驗收的，核心驅(qū)動部件是壓電陶瓷，精度完全沒問題。

如下當時拍攝的圖片（這里就不給這家國產(chǎn)白光干涉儀打廣告了，去除了部分界面）

平整度檢測

從測量結(jié)果可見，測試中心的那兩臺白光干涉儀測試效果是大差不差的，大概是因為他們都是由壓電陶瓷驅(qū)動的，測量效果都非常不錯。原來進口設(shè)備能做到的，國產(chǎn)設(shè)備也能做到，感覺以后都不用辛辛苦苦排隊測量了！

審核編輯：湯梓紅