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电子陶瓷金属复合基板绿色制程产业化项目

      随着电动汽车的车载芯片基座、5G芯片基座、光逆变器逆变芯片基座、高功率加热芯片基座、高端手机的高频芯片基座及高功率LED灯基座等产业需求的增加,如何满足高功率组件封装的散热需求便成为重要的课题,过去的散热基板的技术及制造方式已经不能达到高功率组件的散热需求,制程方面也不环保,目前的技术在厚膜与超厚膜的散热基材方面仍有很大的进步空间,亟待技术的提升,以开发出能够商业化且具环保制程的高散热封装基材。本项目透过自制散热镀膜材料、线性气流等离子镀膜技术、超音速流塑性化喷涂技术及皮秒激光技术的整合,顺利开发出符合5G通讯及车载电子等高功率电子组件用陶瓷金属复合散热基板,具市场发展潜力。相关的技术能够延伸到新型镀膜材料的制造、新型光伏组件的制造及各种民用及军用产品的二次修补。


  • 镀膜材料
  • 等离子镀膜
  • 流塑性化喷涂
  • 金属复合散热基板
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电子陶瓷金属复合基板绿色制程产业化项目
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电子陶瓷金属复合基板绿色制程产业化项目
电子陶瓷金属复合基板绿色制程产业化项目

项目介绍

■ 项目背景



2013年起,各组织角力5G行动通讯网络目标设定,为了达到5G的应用情境,5G必须提供高传输速率,目前韩国、日本及中国及欧盟等组织均强调美用户体验传输速率可达到1-10Gbps,并强调5G需要在1ms以下,让使用者不会有传输延迟的感谢。另外、为了延长和稳定5G服务,能源效率必须持续提高。甚至欧盟还提出要比现在能源使用量将低10%以上。

2020年后互联网终端将大幅增加50亿美金以上,加上行动应用带宽需求,例如超高画质影像4K、8K、虚拟现实、及3D立体影像显示等等,都将促使2020年行动数据流量为2010年1000倍。为了因应5G网络所带来的挑战,各国国家都各立成立世代行动通讯技术联盟,以便在国际标准尚未确定前,抢先掌握开发关键技术,并透过建立自有5G技术,保护该国及厂商在5G市场带来的商业利益。

为了达到5G高传输的稳定质量,各国势必加强链接密度及流量密度,其中5G基地台建构数量都必须确保一定数量才能达到用户舒适质量要求。高阶芯片的损坏50%以上是因为散热不良所造成,在传统传输PCB材料上,是无法承受高功率芯片所产生的热。所以必须改良传输芯片底座材料,才能有效解决散热的问题。本项目透过自制散热镀膜材料、线性气流等离子镀膜技术、超音速流塑性化喷涂技术及皮秒激光技术的整合,顺利开发出符合5G通讯及车载电子等高功率电子组件用陶瓷金属复合散热基板



■ 技术关键点及创新点


1) 关键技术


1.线性气流等离子体溅射(Linear gas plasma sputtering):LGPS


LGPS这项技术是利用中空阴极放电(Hollow cathode discharge, HCD)技术为基本,该技术系在真空度不高的环境下将两块相邻形成狭缝(或圆孔)的金属(或任何导电的材质皆可)原料(靶材,Target material),施以电压,在狭缝中由于HCD效应而发生极高密度的电浆,从而将靶材大量的蚀刻并瞬间离子化,然后高流量的氩气从狭缝一侧输送,携带大量的靶材离子从狭缝另一侧吹出并撞击在基材表面而成膜。特性是比传统的溅镀镀膜速度快上10-50倍,有利于微米级的厚膜高质量成型。


2.超音速流塑性化喷涂(Supersonic flow plastic spraying):SFPS


SFPS这项技术是将粉末材料加速到200~1200m/s的速度,使其冲击到基材表面形成皮膜,用来加速被覆粒子的气体是使用氮(N2)或是氦(He)气,被加速的材料粒子冲击到基材时的温度比材料的融点还低,因此形成的皮膜几乎不会被氧化。另外因为是保持固体的状态使其塑性变形形成皮膜,因此不会产生化学变化及组织变化等问题。此外,粒子是以高速冲击方式,形成的皮膜很致密通常孔隙率在1%以下,几乎所有种类的金属材料其附着率都在90%以上,成膜速度可以达到每小时30kg。


3.飞秒激光系统(Femtosecond Laser system):FLS


FLS这项技术重点主要来自团队过去在陶瓷被动组件厂制程产线经验,以及多年研究各式雷射源对硬脆材与厚膜加工质量所建立的数值参数,与台湾机构厂商共同设计一套专属本团队制程专用的客制化设备,并导入德国原厂皮秒红外线雷射光源,由于国内机构厂以设备组装销售为主,缺乏产线实用经验,为能获得更佳的陶瓷材料加工质量与产出效率,本团队对制程设备进行一系列的机构改善,包括集尘装置的调整以减少雷射加工过程中的所产生粉屑干扰、另外改良针对加工件的冷却系统、及加工平台气流调整,来减少加工件的破片风险。可拆换式加工载台设计随时因应各种材质及尺寸的机板加工等。


2) 创新点、先进性


(1)采用高速线性气流等离子体溅射(Linear gas plasma sputtering)技术,沉积速率是传统PVD工艺的10-50倍,可快速沉积5-10um的厚膜,在5G领域当作散热基板的导热主材,在车载电子领域制作热机版的高贴附界面层。

(2)环保制程,工艺过程中不产生任何有害废水、废气污染;

(3)采用自有专利的的过渡层材料与镀膜技术,镀膜层与基板结合力更强,更稳定。

 (4)高导热涂层材料方面,使用自有专利高稳定性低膨胀系数的合金材料,采用超音速流塑性化喷涂(Supersonic flow plastic spraying):SFPS工艺,快速沉积300-600un的导热涂层。

 (5)激光方面: 本项目雷射加工设备在陶瓷基板划线及钻孔表现,相较一般市面上采用光纤、UV及CO2雷射机台,可大幅降低陶瓷基板加工成本,不仅可进行更小的孔洞加工(0.06mm),并能获得更高的分辨率(chipping<0.1mm)、孔径真圆度(>90%)以及纵切稳定性等,制程中亦无需使用吸光剂辅助,大幅提升量产速度至少25孔/秒以上。



■ 技术优势


本项目使用陶瓷金属复合基板的多层结构,透过自制散热镀膜材料、线性气流等离子镀膜技术、超音速流塑性化喷涂技术及皮秒激光技术的整合,顺利开发出符合5G通讯及车载电子等高功率电子组件用陶瓷金属复合散热基板,具有高导热率、介电常数小、可薄层化以及高可靠度并且制作方法简单、环保,满足了大规模量产的要求。本项目具市场发展潜力。相关的技术能够延伸到新型镀膜材料的制造、新型光伏组件的制造及各种民用及军用产品的二次修补。



■ 应用案例



1.目前产品基本完成研发,交由用户试用,试用结果良好;暂未大批量生产经营。

2.参与单位包含下游的客户,除了祥晟科技以外,包含联发科、日月光、信通、稳懋半导体、南茂科技、华为、中磊科技、合勤科技、建汉及台扬等两岸三地的感测、封测及车载电子大厂。



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