За електронните опаковки керамичните субстрати играят ключова роля за свързването на вътрешните и външните канали за разсейване на топлината, както и за електрическо свързване и механична опора. Керамичните субстрати имат предимствата на висока топлопроводимост, добра устойчивост на топлина, висока механична якост и нисък коефициент на топлинно разширение и те са обичайните субстратни материали за опаковане на силови полупроводникови устройства.
По отношение на структурата и производствения процес, керамичните субстрати се класифицират в 5 вида.
Високотемпературни съвместно изгорени многослойни керамични субстрати (HTCC)
Нискотемпературни съвместно изгорени керамични субстрати (LTCC)
Дебелослойни керамични субстрати (TFC)
Директно свързани медни керамични субстрати (DBC)
Медни керамични субстрати с директно покритие (DPC)
Различни производствени процеси
Керамичният субстрат с директно свързване на мед (DBC) се произвежда чрез добавяне на кислород между мед и керамика, за да се получи Cu-O евтектичен разтвор между 1065~1083 ℃, последвано от реакция за получаване на междинна фаза (CuAlO2 или CuAl2O4), като по този начин се реализира химическата металургична комбинация от Cu плоча и керамичен субстрат и след това най-накрая реализиране на графичната подготовка чрез литографска технология за формиране на веригата.
Коефициентът на топлинно разширение на DBC субстрата е много близък до този на LED епитаксиалните материали, което може значително да намали топлинния стрес, генериран между чипа и субстрата.
Керамичният субстрат с директно покритие от мед (DPC) се прави чрез разпръскване на меден слой върху керамичния субстрат, след това експониране, ецване, премахване на филма и накрая увеличаване на дебелината на медната линия чрез галванично или химическо покритие, след отстраняване на фоторезиста, метализираната линия е завършена.
Различни предимства и недостатъци
Предимства на DBC керамичния субстрат
Тъй като медното фолио има добра електрическа и топлопроводимост, DBC има предимствата на добра топлопроводимост, добра изолация, висока надеждност и се използва широко в пакети IGBT, LD и CPV. Особено поради по-дебелото медно фолио (100~600μm), то има очевидни предимства в областта на IGBT и LD опаковките.
Недостатъци на DBC керамичния субстрат
Производственият процес използва евтектична реакция между Cu и Al2O3 при високи температури, което изисква високо ниво на производствено оборудване и контрол на процеса, което прави разходите високи.
Поради лесното генериране на микропорьозност между слоя Al2O3 и Cu, което намалява устойчивостта на продукта на термичен шок, тези недостатъци се превръщат в тясното място при насърчаването на DBC субстрата.
Предимства на DPC керамичния субстрат
Използва се нискотемпературен процес (под 300°C), който напълно избягва неблагоприятните ефекти на високата температура върху материала или структурата на линията и също така намалява цената на производствения процес.
Използването на тънкослойна и фотолитографска технология, така че субстратът върху металната линия е по-фин, така че DPC субстратът е идеален за подравняване на изискванията за висока точност за опаковане на електронни устройства.
Недостатъци на DPC керамичния субстрат
Ограничена дебелина на слоя от галванизирана отложена мед и високо замърсяване на отпадъчния разтвор от галванично покритие.
Силата на свързване между металния слой и керамиката е ниска, а надеждността на продукта е ниска при нанасяне.
