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玻璃與金屬芯基板

發(fā)布時(shí)間:2011/8/24 15:21:02 訪問次數(shù):2179

 (一) 玻璃基板               NCP3063BDR2G

    近年來,隨著IT產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,液晶顯示器(LCD)、等離子顯示器(PDP)等平板顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快。平板顯示器由于具有體積小、重量輕、能耗低、圖像精確等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于高清電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、電子書和便攜式終端等產(chǎn)品。生產(chǎn)平板顯示器所需的基礎(chǔ)材料為玻璃基板( motherglass),已成為極有發(fā)展前景的一種電子基板。
    1.LCD用玻璃基板
    液晶顯示(liquid crystal display,LCD)的顯像基本原理,是置于兩片導(dǎo)電玻璃之間的液晶材料,在電場(chǎng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)下,引起液晶分子扭曲向列的效應(yīng),產(chǎn)生朗暗效果而將影像顯示出來;加上彩色濾光片,則可顯示彩色影像。這兩片玻璃就是組成LCD的關(guān)鍵部件一一玻璃基板。
    當(dāng)前廣泛使用的TFT-LCD面板的玻璃基板結(jié)構(gòu),是由構(gòu)成TFT-LCD面板的兩片素玻璃(分前基板和后基板)中間夾一層液晶構(gòu)成的。前基板(上層玻璃)覆有偏色膜、濾色膜,形成彩色濾光片(color filter),而后基板(下層玻璃)則有薄膜晶體管TFT、絕緣膜、蒸鍍形成的以摻錫氧化銦為主的透明導(dǎo)電薄膜等電路圖形。當(dāng)電流通過晶體管產(chǎn)生電場(chǎng)變化,造成液晶分子偏轉(zhuǎn),借以改變光線的偏極性,再利用偏光片決定像素( pixel)的明暗狀態(tài)。此外,上層玻璃因與彩色濾光片貼合,形成每個(gè)像素( pixel)各包含紅藍(lán)綠三種顏色,這些發(fā)出紅藍(lán)綠色彩的像素便構(gòu)成了面板上的影像畫面。
    圖4.4.19所示為液晶顯示器用帶有薄膜三極管(thin film transistor,TFT)的玻璃基板結(jié)構(gòu)示意圖。除導(dǎo)體布線及絕緣膜之外,還設(shè)有液晶材料、透明導(dǎo)電膜、TFT、濾色器等許多高功能組件。
    玻璃基板一般采用硅酸鹽玻璃、硼硅酸玻璃、磷酸鹽玻璃等。對(duì)于TFT應(yīng)用來說,特別要求采用無堿金屬離子玻璃、低堿金屬離子玻璃和低熱膨脹系數(shù)酌合成石英玻璃等。

                   

    2.PDP玻璃基板
    PDP顯示器由于容易實(shí)現(xiàn)大畫面(對(duì)角線lOOcm以上)顯示,自發(fā)光、視角大、響應(yīng)快,具有存儲(chǔ)特性、彩色豐富(與CRT相當(dāng))等優(yōu)點(diǎn),在大尺寸平板顯示中具有優(yōu)勢(shì),與LCD共同成為當(dāng)前平板顯示的主流產(chǎn)品。
    (1) PDP玻璃基板結(jié)構(gòu)
    PDP的基板也是由兩塊玻璃基板構(gòu)成的,對(duì)于視者來說,前面的玻璃基板稱為前基板,后面的稱為后基板。通過PDP專門制造工藝,在玻璃基板上形成各種各樣的功能層。一般情況下,需要在前玻璃基板上形成透明電極、匯流電極、透明介電質(zhì)層、保護(hù)層和封接層;在后玻璃基板上形成電極(數(shù)據(jù)電極或選址電極)、障壁(隔斷)、熒光體、封接層等。這兩個(gè)玻璃基板貼合在一起,中間封人氣體就構(gòu)成PDP面板的主體結(jié)構(gòu),如圖4.4.20所示。
 

                 
    PDP玻璃基板采用蘇打石灰這種普通平板窗玻璃。
    (2) PDP玻璃基板的特性
    ①表面精度要求高,需進(jìn)行表面研磨;
    ②良好的熱穩(wěn)定性,高的玻璃應(yīng)變點(diǎn);
    ③無內(nèi)應(yīng)力,將玻璃加熱到低于轉(zhuǎn)變溫度T。附近某一溫度進(jìn)行退火處理;
    ④玻璃基板的膨脹系數(shù)必須與顯示介質(zhì)熒光材料相匹配。

    3.OLED玻璃基板
    有機(jī)電致發(fā)光二極管(OLED)是一種全新的顯示技術(shù),其顯示質(zhì)量可與薄膜晶體管有源驅(qū)動(dòng)液晶顯示器(TFT-LCD)相比擬,而價(jià)格遠(yuǎn)比其低廉,它將對(duì)廣泛使用的LCD技術(shù)發(fā)起挑戰(zhàn),部分OLED顯示屏已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。
    OLED顯示器有兩種封裝形式,一種是在玻璃基板上制作電極和各有機(jī)功能工作層,對(duì)這類器件進(jìn)行的封裝一般是給器件加
一個(gè)玻璃或金屬蓋板,并將基板和蓋板用環(huán)氧樹脂粘接,如圖4.4.21(a)所示;另一種是在基板和各功能層上制作單層或多層薄膜,以阻擋水、氧等成分的滲透,如圖4.4.21(b)所示。
    由于OLED可由柔性高分子材料制成,因而可以使用柔性的聚合物基板取代玻璃基板而實(shí)現(xiàn)柔性顯示器特性。柔性O(shè)LED顯示器同樣可采用上述封裝形式,只是在圖4.4.21(a)中使用柔性的聚合物的蓋板。
    由于柔性是OLED顯示器的重要特性,因而使用柔性的聚合物基板成為顯示行業(yè)的研究熱點(diǎn)。

                             

  (二)大功率封裝基板——金屬芯基板
    隨著電子設(shè)備微小型化,印制電路板上安裝元器件的密度增大,印制電路板單位面積上的元器件的功耗增大。如果不能及時(shí)散發(fā)熱量,會(huì)使印制電路板上局部過熱,導(dǎo)致電子元器件高溫失效,因此散熱問題成為電子設(shè)備高密度和小型化的重要課題。
    金屬芯基板又稱金屬基電路板,是由金屬(常用金屬板有鋁板、鋼板、銅板等)基板為底層或內(nèi)芯,與常規(guī)基板材料復(fù)合而成。由于金屬的良好散熱作用,金屬芯基板在大功率集成電路、電路模塊封裝和功率電路組裝中得到廣泛應(yīng)用。
    由于基板中金屬芯結(jié)構(gòu)不同,實(shí)際應(yīng)用中有兩種金屬芯基板。
    1.絕緣金屬基板
    絕緣金屬基板具有較佳的熱耗散特性,尺寸穩(wěn)定。它可直接外接散熱裝置,且熱阻小、塑性好,能進(jìn)行剪切沖機(jī)械加工,同時(shí)還能與傳統(tǒng)的電鍍工藝相容。
    絕緣金屬基板是由金屬板、環(huán)氧玻璃布層及銅箔構(gòu)成。常用的絕緣金屬基板主要有絕緣鋁基板(又稱鋁基敷銅板)和絕緣銅基板(又稱銅基敷銅板)。絕緣鉬墓板所用的金屬板通常是1.5mm的純鋁板,絕緣銅基板所用的金屬板通常是1.5mm的黃銅板或紫銅板,環(huán)氧樹脂作為絕緣層和膠黏劑,與35μm銅箔導(dǎo)電層一起熱壓而成。絕緣鋁基板的結(jié)構(gòu)如圖4.4.22所示。

                 

    2.金屬夾芯基板
    金屬夾芯基板是指用金屬芯基材制成的基板。其優(yōu)點(diǎn)是:散熱性能好、有電磁屏蔽特性、基板強(qiáng)度高,主要用做混合集成電路和發(fā)熱元件的基板。夾芯金屬材料開始是鋁、鋁合金、銅、鋼材等,后來又開發(fā)出具有較高的熱傳導(dǎo)性和低膨脹系數(shù)的銅一殷鋼一銅復(fù)合材料。用銅一殷鋼一銅制造的金屬芯印制電路板,不僅具有高的導(dǎo)熱性,而且其板面X和y方向的熱膨脹系數(shù)可以和無引腳陶瓷芯片載體(LCCC)的熱膨脹系數(shù)相一致,可應(yīng)用于高可靠性、高組裝密度、高功率、高性能的軍用電子設(shè)備中。金屬芯印制電路板的結(jié)構(gòu)如圖4.4.23所示。

                                   

    采用金屬芯印制電路板能較好地解決印制電路板的熱設(shè)計(jì)、熱匹配等問題,以滿足印制電路板上功率元器件的散熱、熟匹配及電磁屏蔽等要求。

    3.金屬芯基板的特點(diǎn)與應(yīng)用
    (1)金屬芯基板的特點(diǎn)
    ①散熱性能好由于金屬的良好導(dǎo)熱性能,金屬芯電路板散熱效果是普通板的4~5倍;
    ②機(jī)械性能好可制造大尺寸、高穩(wěn)定性和平整度電路板,可承載超重的元器件;
    ③電磁波屏蔽性金屬芯可以充當(dāng)屏蔽板,起到屏蔽電磁波的作用。

      (2)金屬芯電路板的應(yīng)用
    ①電力電子產(chǎn)品,例如IGBT模塊、開關(guān)電源模塊;
    ②工作環(huán)境嚴(yán)酷的領(lǐng)域,例如汽車電子;
    ③大功率混合集成電路與模塊,例如功率放大器;
    ④大功率LED照明。

 


 

 (一) 玻璃基板               NCP3063BDR2G

    近年來,隨著IT產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,液晶顯示器(LCD)、等離子顯示器(PDP)等平板顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快。平板顯示器由于具有體積小、重量輕、能耗低、圖像精確等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于高清電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、電子書和便攜式終端等產(chǎn)品。生產(chǎn)平板顯示器所需的基礎(chǔ)材料為玻璃基板( motherglass),已成為極有發(fā)展前景的一種電子基板。
    1.LCD用玻璃基板
    液晶顯示(liquid crystal display,LCD)的顯像基本原理,是置于兩片導(dǎo)電玻璃之間的液晶材料,在電場(chǎng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)下,引起液晶分子扭曲向列的效應(yīng),產(chǎn)生朗暗效果而將影像顯示出來;加上彩色濾光片,則可顯示彩色影像。這兩片玻璃就是組成LCD的關(guān)鍵部件一一玻璃基板。
    當(dāng)前廣泛使用的TFT-LCD面板的玻璃基板結(jié)構(gòu),是由構(gòu)成TFT-LCD面板的兩片素玻璃(分前基板和后基板)中間夾一層液晶構(gòu)成的。前基板(上層玻璃)覆有偏色膜、濾色膜,形成彩色濾光片(color filter),而后基板(下層玻璃)則有薄膜晶體管TFT、絕緣膜、蒸鍍形成的以摻錫氧化銦為主的透明導(dǎo)電薄膜等電路圖形。當(dāng)電流通過晶體管產(chǎn)生電場(chǎng)變化,造成液晶分子偏轉(zhuǎn),借以改變光線的偏極性,再利用偏光片決定像素( pixel)的明暗狀態(tài)。此外,上層玻璃因與彩色濾光片貼合,形成每個(gè)像素( pixel)各包含紅藍(lán)綠三種顏色,這些發(fā)出紅藍(lán)綠色彩的像素便構(gòu)成了面板上的影像畫面。
    圖4.4.19所示為液晶顯示器用帶有薄膜三極管(thin film transistor,TFT)的玻璃基板結(jié)構(gòu)示意圖。除導(dǎo)體布線及絕緣膜之外,還設(shè)有液晶材料、透明導(dǎo)電膜、TFT、濾色器等許多高功能組件。
    玻璃基板一般采用硅酸鹽玻璃、硼硅酸玻璃、磷酸鹽玻璃等。對(duì)于TFT應(yīng)用來說,特別要求采用無堿金屬離子玻璃、低堿金屬離子玻璃和低熱膨脹系數(shù)酌合成石英玻璃等。

                   

    2.PDP玻璃基板
    PDP顯示器由于容易實(shí)現(xiàn)大畫面(對(duì)角線lOOcm以上)顯示,自發(fā)光、視角大、響應(yīng)快,具有存儲(chǔ)特性、彩色豐富(與CRT相當(dāng))等優(yōu)點(diǎn),在大尺寸平板顯示中具有優(yōu)勢(shì),與LCD共同成為當(dāng)前平板顯示的主流產(chǎn)品。
    (1) PDP玻璃基板結(jié)構(gòu)
    PDP的基板也是由兩塊玻璃基板構(gòu)成的,對(duì)于視者來說,前面的玻璃基板稱為前基板,后面的稱為后基板。通過PDP專門制造工藝,在玻璃基板上形成各種各樣的功能層。一般情況下,需要在前玻璃基板上形成透明電極、匯流電極、透明介電質(zhì)層、保護(hù)層和封接層;在后玻璃基板上形成電極(數(shù)據(jù)電極或選址電極)、障壁(隔斷)、熒光體、封接層等。這兩個(gè)玻璃基板貼合在一起,中間封人氣體就構(gòu)成PDP面板的主體結(jié)構(gòu),如圖4.4.20所示。
 

                 
    PDP玻璃基板采用蘇打石灰這種普通平板窗玻璃。
    (2) PDP玻璃基板的特性
    ①表面精度要求高,需進(jìn)行表面研磨;
    ②良好的熱穩(wěn)定性,高的玻璃應(yīng)變點(diǎn);
    ③無內(nèi)應(yīng)力,將玻璃加熱到低于轉(zhuǎn)變溫度T。附近某一溫度進(jìn)行退火處理;
    ④玻璃基板的膨脹系數(shù)必須與顯示介質(zhì)熒光材料相匹配。

    3.OLED玻璃基板
    有機(jī)電致發(fā)光二極管(OLED)是一種全新的顯示技術(shù),其顯示質(zhì)量可與薄膜晶體管有源驅(qū)動(dòng)液晶顯示器(TFT-LCD)相比擬,而價(jià)格遠(yuǎn)比其低廉,它將對(duì)廣泛使用的LCD技術(shù)發(fā)起挑戰(zhàn),部分OLED顯示屏已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。
    OLED顯示器有兩種封裝形式,一種是在玻璃基板上制作電極和各有機(jī)功能工作層,對(duì)這類器件進(jìn)行的封裝一般是給器件加
一個(gè)玻璃或金屬蓋板,并將基板和蓋板用環(huán)氧樹脂粘接,如圖4.4.21(a)所示;另一種是在基板和各功能層上制作單層或多層薄膜,以阻擋水、氧等成分的滲透,如圖4.4.21(b)所示。
    由于OLED可由柔性高分子材料制成,因而可以使用柔性的聚合物基板取代玻璃基板而實(shí)現(xiàn)柔性顯示器特性。柔性O(shè)LED顯示器同樣可采用上述封裝形式,只是在圖4.4.21(a)中使用柔性的聚合物的蓋板。
    由于柔性是OLED顯示器的重要特性,因而使用柔性的聚合物基板成為顯示行業(yè)的研究熱點(diǎn)。

                             

  (二)大功率封裝基板——金屬芯基板
    隨著電子設(shè)備微小型化,印制電路板上安裝元器件的密度增大,印制電路板單位面積上的元器件的功耗增大。如果不能及時(shí)散發(fā)熱量,會(huì)使印制電路板上局部過熱,導(dǎo)致電子元器件高溫失效,因此散熱問題成為電子設(shè)備高密度和小型化的重要課題。
    金屬芯基板又稱金屬基電路板,是由金屬(常用金屬板有鋁板、鋼板、銅板等)基板為底層或內(nèi)芯,與常規(guī)基板材料復(fù)合而成。由于金屬的良好散熱作用,金屬芯基板在大功率集成電路、電路模塊封裝和功率電路組裝中得到廣泛應(yīng)用。
    由于基板中金屬芯結(jié)構(gòu)不同,實(shí)際應(yīng)用中有兩種金屬芯基板。
    1.絕緣金屬基板
    絕緣金屬基板具有較佳的熱耗散特性,尺寸穩(wěn)定。它可直接外接散熱裝置,且熱阻小、塑性好,能進(jìn)行剪切沖機(jī)械加工,同時(shí)還能與傳統(tǒng)的電鍍工藝相容。
    絕緣金屬基板是由金屬板、環(huán)氧玻璃布層及銅箔構(gòu)成。常用的絕緣金屬基板主要有絕緣鋁基板(又稱鋁基敷銅板)和絕緣銅基板(又稱銅基敷銅板)。絕緣鉬墓板所用的金屬板通常是1.5mm的純鋁板,絕緣銅基板所用的金屬板通常是1.5mm的黃銅板或紫銅板,環(huán)氧樹脂作為絕緣層和膠黏劑,與35μm銅箔導(dǎo)電層一起熱壓而成。絕緣鋁基板的結(jié)構(gòu)如圖4.4.22所示。

                 

    2.金屬夾芯基板
    金屬夾芯基板是指用金屬芯基材制成的基板。其優(yōu)點(diǎn)是:散熱性能好、有電磁屏蔽特性、基板強(qiáng)度高,主要用做混合集成電路和發(fā)熱元件的基板。夾芯金屬材料開始是鋁、鋁合金、銅、鋼材等,后來又開發(fā)出具有較高的熱傳導(dǎo)性和低膨脹系數(shù)的銅一殷鋼一銅復(fù)合材料。用銅一殷鋼一銅制造的金屬芯印制電路板,不僅具有高的導(dǎo)熱性,而且其板面X和y方向的熱膨脹系數(shù)可以和無引腳陶瓷芯片載體(LCCC)的熱膨脹系數(shù)相一致,可應(yīng)用于高可靠性、高組裝密度、高功率、高性能的軍用電子設(shè)備中。金屬芯印制電路板的結(jié)構(gòu)如圖4.4.23所示。

                                   

    采用金屬芯印制電路板能較好地解決印制電路板的熱設(shè)計(jì)、熱匹配等問題,以滿足印制電路板上功率元器件的散熱、熟匹配及電磁屏蔽等要求。

    3.金屬芯基板的特點(diǎn)與應(yīng)用
    (1)金屬芯基板的特點(diǎn)
    ①散熱性能好由于金屬的良好導(dǎo)熱性能,金屬芯電路板散熱效果是普通板的4~5倍;
    ②機(jī)械性能好可制造大尺寸、高穩(wěn)定性和平整度電路板,可承載超重的元器件;
    ③電磁波屏蔽性金屬芯可以充當(dāng)屏蔽板,起到屏蔽電磁波的作用。

      (2)金屬芯電路板的應(yīng)用
    ①電力電子產(chǎn)品,例如IGBT模塊、開關(guān)電源模塊;
    ②工作環(huán)境嚴(yán)酷的領(lǐng)域,例如汽車電子;
    ③大功率混合集成電路與模塊,例如功率放大器;
    ④大功率LED照明。

 


 

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