陶瓷基板的优势如何？检测需求有哪些？应选用怎样的测量仪进行检测？

近年来，随着电子技术的不断发展，芯片的输入功率要求越来越高，高功率产品就意味着需要具备良好的散热性能。对于电子器件而言，随着温度的升高，器件寿命也会受到一定程度的降低，温度每升高10℃，有效寿命就减少30%至50%。陶瓷基板因其优异的导热性、耐热性、耐腐蚀性、高绝缘性、抗辐射、高稳定性、低热胀等优点，在电子器件、光电子器件、微波器件等领域的应用需求不断增加，对陶瓷基板的精度要求也越来越高。

因此在制造陶瓷基板时，需要对陶瓷基板的表面粗糙度、平面度、厚度尺寸、线宽、线距、铜厚、高度差、翘曲等进行测量，此时选择精度合适、检测速度合适、性能和性价比足够高的检测仪器尤为重要。

那么，陶瓷基板的优势如何？检测需求有哪些？应选用怎样的测量仪进行检测呢？

一、陶瓷基板的概述和分类

陶瓷材料是指天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。

基板是一种具有特定性能和功能的材料，用于芯片的支撑、保护、散热作用以及连接下层电路板的作用。

陶瓷基板是以陶瓷材料为基体，通过一定的工艺方法制备而成的电子封装材料，是一种特种PCB板材，它具有良好的导热性、高绝缘性、高稳定性、以及较高的介电常数等特点，因此广泛应用于电子封装、光电子器件等领域。

陶瓷基板按照材料种类主要分为氧化物陶瓷基板、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铝、氧化铍、氧化锆等；氮化物陶瓷基板主要包括氮化铝、氮化硅等；碳化物陶瓷基板主要包括碳化硅、碳化硼等。

陶瓷基板按照结构分类主要分为平面陶瓷基板、多层陶瓷基板两大类。按照工艺分类主要分为HTCC（高温共烧）、LTCC（低温共烧）、DPC（直接镀铜）、DBC（直接键合铜）、TPC（厚膜印刷）、TFC（薄膜）、AMB（活性金属焊接）、LAM（激光活化金属）等。

二、陶瓷基板和普通PCB板的区别

材料不同

普通PCB板的材料是有机材料，陶瓷基板的材料是氧化物、氮化物、碳化物等无机非金属材料。

性能和应用不同

普通的PCB板应用范围比较广，而陶瓷基板因其优异的导热性，多应用于散热需求较大、较大功率、易发热的产品上。

陶瓷基板的优势和劣势

优势

普通的PCB板需要做一层绝缘层才能具备绝缘性，而陶瓷基板的材料是无机非金属材料，本身就具有良好的绝缘性。

普通的PCB板热应力比较大，而陶瓷基板的热膨胀系数和Si相近，在一定程度上可以减小热应力。

陶瓷基板的散热性能非常好，导热系数大概在二十五万至二百三十万之间，而普通的PCB板导热系数仅有一万至三万左右。

陶瓷基板的介电常数相对较低，介电损耗小，相较普通PCB板的高频性能优势明显。

普通的PCB板载流量较小，陶瓷基板的载流量较大，100A电流连续通过1mm宽0.3mm厚铜体，温升约17℃。

相较于普通PCB板，陶瓷基板体积小、热阻低，便于做高集成、微型化发展。

劣势

陶瓷基板一般多为单面板、双面板，若制成多层板，报废率较高，工艺要求和费用也都很高；而普通PCB板可以做多层板，十几层、几十层都能做，且能制成不易碎的大尺寸PCB板。

三、陶瓷基板的应用范围

陶瓷基板因其良好的导热性、高绝缘性、高稳定性等特点，多用于功率较高、散热需求较大的行业。例如：

航空航天

光伏芯片

5G技术、基站

高铁动车

新能源汽车

IGBT模块

医疗器械

大功率LED封装

大功率电子模组

第三代半导体SiC

......

四、陶瓷基板的检测需求

不同种类的陶瓷基板，其表面粗糙度、抛光精度、厚度尺寸、平面度、线宽、线距、铜厚、线路板加工公差等都有明确要求。

表面粗糙度

陶瓷基板覆铜表面的粗糙度会影响精细间距、高密度互连的电路，对陶瓷基板进行抛光处理，可以减少基板表面的峰跟谷的振幅，从而可以使用非常薄的金属层，更薄的电阻层增加了材料的片电阻。因此，需要对陶瓷基板的表面粗糙度进行精密测量。

平面度、翘曲

陶瓷基板的平面度会影响表面覆铜的贴合度，从而影响基板的电压、电阻，影响产品的安全性及性能。因此制造时需要对陶瓷基板的平面度进行精密测量。

厚度尺寸

陶瓷基板的厚度越厚，强度越好，耐压性越好，但导热性就差；反之，厚度越薄，强度和耐压性就相对差一些，但导热性强。因此需要对陶瓷基板的厚度尺寸进行测量，从而控制不同场景下所需的陶瓷基板厚度。

线宽、线距、铜厚

陶瓷基板的走线宽度变化会影响阻抗变化，因此发生反射，影响信号发生。因此需要对陶瓷基板的线宽、线距、铜厚进行检测。

R角

部分陶瓷基板有镀金的需求，生产制造陶瓷基板的过程中需要对塌边进行测量检测与控制，从而控制镀金的材料成本。

五、陶瓷基板的检测案例分享

对于陶瓷基板的表面粗糙度、R角、线宽、线距、铜厚、厚度尺寸等更高精度的测量，课题组一般会使用院内共享测试中心的AFM原子力显微镜或者白光干涉仪进行检测。但是之前使用AFM过程中发生了撞针的情况，心有余悸，这次换成使用非接触式的白光干涉仪去测。

测试中心有两台白光干涉仪，一台是美国进口的，另外一台是测试中心去年才引进的国产的白光干涉仪。 当然我首选是美国进口那台，但是排号已经到第二天， 测试中心老师告知很多同学固有思维觉得还是进口的测比较好， 实际这台国产的已经全部验证和验收的，核心驱动部件是压电陶瓷，精度完全没问题。

如下当时拍摄的图片（这里就不给这家国产白光干涉仪打广告了，去除了部分界面）

平整度检测

从测量结果可见，测试中心的那两台白光干涉仪测试效果是大差不差的，大概是因为他们都是由压电陶瓷驱动的，测量效果都非常不错。原来进口设备能做到的，国产设备也能做到，感觉以后都不用辛辛苦苦排队测量了！

审核编辑：汤梓红