陶瓷具有强度高、绝缘性好、导热和耐热性能优良、热膨胀系数小等优点，非常适合作为LED封装基板。目前，常用的陶瓷基片材料包括Al2O3、AlN、BeO、SiC、BN，其性质可参考4.3节。

从结构与制作工艺而言，目前应用于LED封装的陶瓷基板又可分为HTCC、LTCC、TFC、DBC和DPC等几种形式。

1）高温共烧多层陶瓷

高温共烧多层陶瓷（High-Temperature Co-fired Ceramics，HTCC）技术，是先将无机Al2O3粉加上有机黏结剂，混合均匀后成为膏状浆料，接着利用刮刀将浆料刮成片状，再通过干燥工艺将片状浆料制成片状生胚；然后依据各层的设计钻导通孔，采用丝网印刷金属浆料进行布线和填孔，最后将各生胚层叠加，置于1 600℃烧结炉中高温烧结而成（见图7-7）。

图7-7　LTCC生产流程图

因为烧结温度高，能耗巨大，导致金属导体材料的选择受限（主要为熔点较高但导电性较差的钨、钼、锰等金属），制作成本高。但是HTCC基板有着结构强度高、热导率高、化学稳定性好等优点，特别适合用于大功率封装领域。

2）低温共烧多层陶瓷

低温共烧多层陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC）制备工艺和HTCC类似，只是在Al2O3粉中混入30%～50%低熔点玻璃料，使烧结温度降低至850～900℃，因此可以采用导电率较好的银等金属作为电极和布线材料。LTCC由于采用了流延成型，设备工艺并不复杂，可以实现自动化生产，生产效率较高，并且烧结温度低、能耗低，有一定的发展前景。相比于普通PCB电路基板，LTCC可靠性高，更能适应大电流及耐高温的要求，特别适用于恶劣的工作环境。由于LTCC所用的材料是玻璃-陶瓷复合材料，陶瓷的成分通常是Al或者Al2O3，也包括BeO、铁电尖晶石、铁电钙钛矿或者光电压电陶瓷等其他材料。通过调节LTCC材料的组成可以得到不同热导率和热膨胀系数，从而得到和不同类型芯片相匹配的基板。

但另一方面，因为LTCC陶瓷料中含有玻璃相，其综合热导率降至2～3 W／（m·K），与现有MCPCB基板相比并没有太大优势。此外，由于LTCC采用丝网印刷技术完成金属线路制作，有可能因张网问题造成对位误差，而且多层陶瓷叠压烧结时还存在收缩比例差异问题，严重影响产品成品率，以上因素使得LTCC陶瓷基板在LED封装中的应用受到极大挑战。

通过去除固晶区绝缘层、增加金属（银、铝）热通道等方式，可以显著提高LTCC的热导率（见图7-8），但这些工艺复杂，生产成本高，不能有效地实现热电分离。

图7-8　提高LTCC导热性能的方法

3）厚膜陶瓷基板

厚膜陶瓷基板（Thick Film Ceramic，TFC）采用丝网印刷技术，将金属浆料涂覆在陶瓷基片表面，经过干燥、高温烧结（700～800℃）后制备。金属浆料一般由金属粉末（Ag-Pd或Ag-Pt）、有机树脂和玻璃粉等组成。经高温烧结，有机树脂黏合剂被燃烧掉，剩下的几乎都是纯金属，由于玻璃质作用而粘合在陶瓷基板表面。一般而言，网印方式制作的线路因为网版张网问题，容易产生线路粗糙、对位不精准的现象。由于技术成熟，工艺简单，成本较低，TFC在对图形精度要求不高的LED封装中得到一定应用。

4）直接敷铜陶瓷基板

直接敷铜陶瓷基板（Direct Bonded Copper，DBC）是在铜与陶瓷之间加入氧元素，在1 065～1 083℃温度间得到Cu-O共晶液，随后反应得到中间相（CuAlO2或CuAl2O4），从而实现Cu板和陶瓷基板化学冶金结合，最后再通过光刻技术实现图形制备，形成电路（见图7-9）。如图7-10所示，直接键合陶瓷基板分为三层，中间的绝缘材料是Al2O3或者AlN。Al2O3的热导率通常为24 W／（m·K），AlN的热导率则为170 W／（m·K）。DBC基板的热膨胀系数与Al2O3／AlN相类似，非常接近LED外延材料的热膨胀系数，可以显著降低芯片与基板间所产生的热应力。由于铜具备较高的载流能力，导热性能优良，且Al2O3／AlN陶瓷材料的机械强度、化学稳定性、热导率及绝缘性均较好，故DBC基板很适合用于功率器件的封装，已开始应用于大功率LED封装领域。

图7-9　DBC基板生产流程图(www.daowen.com)

图7-10　DBC基板结构示意图及实物图

DBC不足之处主要体现在三个方面：DBC制备利用了高温下（1 065℃）Cu与Al2O3间的共晶反应，对设备和工艺控制要求较高，基板成本较高；由于Al2O3与Cu层间容易产生微气孔，降低了产品抗热冲击性；由于铜箔在高温下容易翘曲变形，目前DBC表面铜层厚度一般大于100μm，同时由于采用化学腐蚀工艺，DBC基板图形的最小线宽一般大于100μm。

5）直接敷铝陶瓷基板

直接敷铝陶瓷基板（Direct Aluminum Bonded，DAB）是铝与陶瓷层键合而形成的基板，其结构与DBC相似。相比于直接敷铜陶瓷基板，直接敷铝基板在理论和实验上显示出优异的特性。DAB则是铝和氧化铝之间的结合，界面不存在化学反应，且纯铝自身良好的塑性可以减轻界面间的热应力，从而提高了可靠性。DAB的基本结构及实物图如图7-11所示。

图7-11　DAB基板的基本结构及实物图

DAB虽然与DBC在许多方面作用类似，但是相比于DBC，其抗热震疲劳性能和热稳定性优异，且重量轻、热应力小，因此特别适合用于功率电子电路。同时，优异的抗热震疲劳性能使敷铝陶瓷基板的应用范围更加广泛。利用DAB技术制备的陶瓷基板，热导率可达32 W／（m·K）。

6）直接镀铜陶瓷基板

图7-12　DPC陶瓷生产流程图

图7-13　DPC陶瓷基板结构及实物图

直接镀铜陶瓷基板（Direct Plate Copper，DPC）是将陶瓷基板做预处理清洁，利用半导体工艺在陶瓷基板上溅射铜种子层，再经曝光、显影、蚀刻、去膜等光刻工艺实现线路图案，最后再通过电镀或化学镀方式增加铜线路的厚度，移除光刻胶后即完成金属化线路制作（见图7-12）。DPC采用半导体制备工艺，其制备温度较低，避免了因高温而对材料造成蠕变或尺寸变异等现象，也降低了成本。此外，制备所得的基板具有很高的线路精确度和表面平整度，且金属／陶瓷界面无孔洞，结合牢固，具有较高的散热能力，特别适用于高精度、高集成的LED封装。DPC陶瓷结构及实物图如图7-13所示。

但DPC基板也存在一些不足：电镀沉积铜层厚度有限，且电镀废液污染大；金属层与陶瓷间的结合强度较低，产品应用时可靠性较低。

几种常见基板的性能对比见表7-1［97］。

表7-1　常见基板性能对比