Za elektronsko pakovanje, keramičke podloge igraju ključnu ulogu u povezivanju unutrašnjih i spoljašnjih kanala za disipaciju toplote, kao i u električnom međusobnom povezivanju i mehaničkoj podršci. Keramičke podloge imaju prednosti visoke toplotne provodljivosti, dobre otpornosti na toplotu, visoke mehaničke čvrstoće i niskog koeficijenta toplotnog širenja, i uobičajeni su materijali podloge za pakovanje energetskih poluprovodničkih uređaja.
U pogledu strukture i procesa proizvodnje, keramičke podloge su klasifikovane u 5 tipova.
Višeslojne keramičke podloge koje se peče na visokim temperaturama (HTCC)
Niskotemperaturne ko-pečene keramičke podloge (LTCC)
Debele keramičke podloge (TFC)
Direktno vezane bakrene keramičke podloge (DBC)
Direktno obložene bakrene keramičke podloge (DPC)
Različiti proizvodni procesi
Keramički supstrat od direktno vezanog bakra (DBC) proizvodi se dodavanjem kisika između bakra i keramike kako bi se dobio Cu-O eutektički rastvor između 1065~1083℃, nakon čega slijedi reakcija za dobivanje međufaze (CuAlO2 ili CuAl2O4), čime se ostvaruje kemijska metalurška kombinacija Cu ploče i keramičke podloge, a zatim se konačno realizuje grafička priprema litografskom tehnologijom za formiranje kola.
Koeficijent toplinske ekspanzije DBC supstrata je vrlo blizak koeficijentu LED epitaksijalnih materijala, što može značajno smanjiti toplinski stres koji se stvara između čipa i supstrata.
Keramička podloga od direktnog bakra (DPC) se pravi raspršivanjem sloja bakra na keramičku podlogu, zatim izlaganjem, ugraviranim, defilmiranim i konačno povećanjem debljine bakrene linije galvanizacijom ili hemijskim prevlačenjem, nakon uklanjanja fotootpora, metalizirana linija je završena.
Različite prednosti i nedostaci
Prednosti DBC keramičke podloge
Pošto bakarna folija ima dobru električnu i toplotnu provodljivost, DBC ima prednosti dobre toplotne provodljivosti, dobre izolacije, visoke pouzdanosti i široko se koristi u IGBT, LD i CPV paketima. Posebno zbog deblje bakarne folije (100~600μm), ima očigledne prednosti u oblasti IGBT i LD pakovanja.
Nedostaci DBC keramičke podloge
Proizvodni proces koristi eutektičku reakciju između Cu i Al2O3 na visokim temperaturama, što zahtijeva visok nivo proizvodne opreme i kontrole procesa, što čini troškove visokim.
Zbog lakog stvaranja mikroporoznosti između Al2O3 i Cu sloja, što smanjuje otpornost proizvoda na termalni udar, ovi nedostaci postaju usko grlo promocije DBC supstrata.
Prednosti DPC keramičke podloge
Koristi se niskotemperaturni postupak (ispod 300°C), čime se u potpunosti izbjegavaju štetni efekti visoke temperature na materijal ili linijsku strukturu, a ujedno smanjuje i cijenu procesa proizvodnje.
Korištenje tehnologije tankog filma i fotolitografije, tako da je supstrat na metalnoj liniji finiji, pa je DPC podloga idealna za usklađivanje zahtjeva visoke preciznosti za pakovanje elektronskih uređaja.
Nedostaci DPC keramičke podloge
Ograničena debljina galvanizovanog sloja bakra i velika zagađenost otpadnog rastvora galvanizacije.
Čvrstoća vezivanja između metalnog sloja i keramike je niska, a pouzdanost proizvoda je niska kada se nanosi.
