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高温共烧陶瓷(HTCC):分类、特性与应用全景

  • HTCC陶瓷基板
  • 高温共烧陶瓷HTCC
2025-06-26 10:57:29
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什么是高温共烧陶瓷(HTCC) 

HTCC是指,按电路设计要求,将钨、钼、钼、锰制成的高熔点金属浆料,通过丝网印刷,将电路印制在92~96%氧化铝陶瓷(含4%~8%的烧结助剂)生瓷片上,生瓷片经层压、切割等工序后,在1500至1600°C的高温下共烧结,从而得到多层陶瓷电路板。

HTCC 产品具有以下显著特点:

卓越的可靠性: 耐腐蚀、耐高温、使用寿命长。

优异的热性能: 导热性好、热补偿迅速、温度分布均匀。

高效节能: 得益于其优良的热管理特性。

环保合规: 不含铅 (Pb)、镉 (Cd)、汞 (Hg)、六价铬 (Cr6+)、多溴联苯 (PBB)、多溴二苯醚 (PBDE) 等有害物质,符合欧盟 RoHS 等严格环保法规要求。




由于氧化铝/氮化铝陶瓷的烧成温度高,HTCC不能采用金、银、铜等低熔点金属材料,而必须使用钨、钼、锰等难熔金属材料。但是钨、钼、锰这些材料具有低电导率并引起信号延迟等缺陷,因此不适合用于高速或高频微组装电路的基板。

但是相对于LTCC基板,HTCC基板具有结构强度高、导热性高、化学稳定性好、布线密度高等优点。

HTCC陶瓷发热板是一种新型的高效环保节能陶瓷发热元件。产品广泛应用于日常生活、工农业技术、军工、科、通讯、医疗、环保、航空航天等诸多领域。


HTCC 的分类(基于陶瓷材料)

高温共烧陶瓷 (HTCC) 主要根据所使用的陶瓷基板材料进行分类,目前主流为 氧化铝 (Al₂O₃) 和 氮化铝 (AlN) 两种体系,两者在性能、工艺和应用上存在显著差异。


氧化铝 (Al₂O₃) HTCC

技术成熟度: 是目前相对成熟且应用广泛的微电子封装技术。

材料组成: 陶瓷基板通常由 92% - 96% 的氧化铝 添加 4% - 8% 的烧结助剂(如玻璃相)组成。

工艺特点:

烧结温度: 1500°C - 1600°C。

导体材料: 钨 (W)钼 (Mo) 及其合金(如 钼锰合金 (Mo-Mn) )等难熔金属。

核心优势: 工艺成熟、成本相对较低、机械强度高、化学稳定性好、布线密度高。


氮化铝 (AlN) HTCC

核心优势 氮化铝基板最突出的优点是具有极高的热导率(通常比氧化铝基板高出一个数量级),是解决高功率密度器件散热问题的理想选择。

主要缺点/挑战:

导体电阻率高,信号损耗大 受限于必须使用钨、钼等高电阻率难熔金属导体,导致信号传输损耗较大,延迟增加。

高烧结温度与能耗 所需烧结温度更高(通常 >1600°C),导致工艺能耗大,成本增加。

相对较高的介电常数 其介电常数高于LTCC中常用的低介电常数陶瓷材料,这对高频高速信号传输不利。

共烧后导热系数下降 与钨、钼导体共烧后,基板整体的导热系数会低于纯氮化铝材料的理论值。

表面金属化要求:

必须镀镍: 暴露在外的钨/钼导体极易氧化,必须进行镀镍处理以形成保护层。

功能增强 镍层同时起到降低接触电阻提供可焊性实现引线键合的关键作用。


HTCC应用于集成封装

 概述

多层布线陶瓷基板与金属外壳、金属密封圈框架、金属底板和连接器等一个或多个金属部件焊接在一起,形成具有一定气密性的陶瓷和金属一体化封装结构。这种结构使得基板不仅作为多层电路互连基板,而且作为封装结构的一部分,焊接盖板后,可以实现多层电路的气密封装。

在集成封装应用中,高温共烧陶瓷(HTCC)技术通过将多层布线陶瓷基板与金属封装部件(如外壳、密封圈框架、底板、连接器等)进行焊接,构建出陶瓷-金属一体化气密性封装结构。

此结构的关键在于:

功能集成 HTCC基板不仅承担高密度电路互连的核心功能;

结构角色 同时作为封装结构的关键组成部分;

核心优势 最终与金属盖板焊接后,即可实现高可靠性、高气密性的多层电路封装。




HTCC 产品核心特点

高密度集成: 实现复杂电路的多层互连与高密度组装。

小型化与轻量化 结构紧凑,显著减小封装体积与重量。

高可靠性 优异的耐高温、耐腐蚀性能及结构稳定性,确保长期可靠运行。


关键性能与技术指标

封装外壳材质 铝 (Al)、硅 (Si)、可伐合金 (Kovar)、钛合金 (Ti) 等。

气密性 (氦质谱检漏): ≤ 1 × 10⁻³ Pa · cm³/s (确保内部环境稳定性)。

焊缝空隙率 ≤ 15% (表征焊接质量与密封可靠性)。

绝缘电阻 (500 V DC) ≥ 10¹⁰ Ω (保证优异的电气隔离性能)。

驻波比 (VSWR) (典型值) ≤ 1.3 (适用于射频应用,表征信号反射/匹配性能)。


典型应用产品

微波射频模块 发射/接收 (TR) 模块、上下变频器、多通道收发组件等。

高密度集成模块 系统级封装 (SiP) 电路、多功能混合集成模块。

光通信器件: 高速光收发模块核心载体/次模块等。

其他高可靠性微系统 传感器封装、高功率密度器件封装等。


主要应用领域

微波/射频通信: 雷达、卫星通信、基站等。

电子战 (EW) / 电子对抗 (ECM): 高性能射频前端。

光通信 高速数据中心互联、骨干网传输设备。

功率电子 大功率半导体器件 (如 IGBT, SiC/GaN) 封装基板。

航空航天与国防 航空电子、制导系统、星载设备。

高性能计算 特定高可靠性计算模块。

医疗与工业设备 高端传感器、精密仪器核心封装。