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薄膜陶瓷基板(thin-film ceramic substrate,TFC)是指在陶瓷基板上采用溅射、光刻、电镀等半导体工艺,沉积功能薄膜,将薄膜电感器、薄膜电阻器、薄膜电容器、微带线等集成在同一电路板,形成特定功能的陶瓷电路基板。
1.薄膜陶瓷基板的结构特点
薄膜电路基板的特点是所制作的元件参数范围宽、精度高、温度频率特性好,可以工作到毫米波段,并且集成度较高、尺寸小。与厚膜工艺相比,薄膜工艺提供了更好的线条清晰度、更细的线宽以及更好的电阻性能。薄膜基板布线精度高,表面金属层厚度较小(一般小于1mm),可制备高图形精度(线宽/线距小于10μm)陶瓷基板,金属层厚度可控。
薄膜陶瓷基板的陶瓷基片的上表面一般设有过渡金属层,过渡金属层的上表面设有电路层,电路层的上表面设有阻焊层。
● 陶瓷基片机械应力强,形状稳定;高强度、高导热率、高绝缘性;结合力强,防腐蚀;
● 阻焊层主要起防止焊锡扩散、保护线路和绝缘作用;
● 过渡层主要作用是增强电路与陶瓷板的附着力,电路层主要起导电及承载电流的作用,在相同载流量下电路宽仅为普通印刷电路板的10%,减少了电能的损耗;过渡金属层提高金属层的导电性能和承受大电流的能力,减小金属层与陶瓷间的接触热阻。
2.薄膜陶瓷基板的制备方法
通常薄膜电路制作的流程为激光打孔、清洗基板、基板金属化、制作图形(涂胶、曝光和显影)、电镀加厚、去光刻胶和湿法刻蚀。薄膜电路板的基板材质主要有:氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、铁氧体、微晶玻璃、石英、金刚石等,在实际应用中,需要根据具体的应用需求综合考虑材料的性能、加工性能和生产成本等因素。
激光打孔一般采用激光机对陶瓷基片进行切割形成圆孔或其他形状的通孔的过程。通过打孔,在陶瓷基片设定的位置上切割成所需尺寸和形状的通孔。
薄膜电路板金属化工艺主要采用物理气相沉积(PVD),含蒸发和溅射两类,一般情况,在基片上顺序地沉积打底金属和顶层导体金属。根据工艺需求,还可增加电阻材料和其他材料的沉积。
光刻工艺是在镀膜后的薄膜陶瓷基片上涂覆光刻胶,采用紫外光和掩模版选择性曝光的方法,将设计图形转移到光刻胶和陶瓷基片上。基本工艺过程包括:基片准备→涂胶→前烘→曝光→显影→坚膜。
薄膜陶瓷基板通过电镀工艺加厚金属膜层厚度,提高表面金属化的可焊性、键合性及金属化的导电性能。根据工艺需要选择电镀金属种类。
刻蚀工艺是有选择地去除表面材料层。刻蚀工艺技术包括湿法刻蚀和干法刻蚀。
3.薄膜陶瓷基板的应用领域
薄膜电路板具有互连密度高和线条精度高,可实现小孔金属化、集成电阻、电容和电感等无源元件,制造高功率电路,整个封装结构具有系统级功能等突出特点,主要应用高功率、尺寸小、散热要求高、布线精度要求高的器件封装。例如用于激光器、激光雷达、LED等高功率芯片封装,在通信领域(微波毫米波通讯、光通讯、5G通讯、无线电通讯)、航空航天领域也具有广泛的应用。
1.《薄膜电路制备中磁控溅射工艺对样品性能影响的研究》,陈帅,等;
2.《 氮化铝基薄膜电路基板制作及性能研究》,聂源;
3.各公司官网
原文始发于微信公众号(艾邦陶瓷展):一文了解薄膜陶瓷电路基板