U elektronických obalů hrají keramické substráty klíčovou roli při propojování vnitřních a vnějších kanálů pro odvod tepla, jakož i v elektrickém propojení a mechanické podpoře. Keramické substráty mají výhody vysoké tepelné vodivosti, dobré tepelné odolnosti, vysoké mechanické pevnosti a nízkého koeficientu tepelné roztažnosti a jsou běžnými substrátovými materiály pro balení výkonových polovodičových zařízení.
Z hlediska struktury a výrobního procesu se keramické substráty dělí do 5 typů.
Vysokoteplotní spoluvypalované vícevrstvé keramické substráty (HTCC)
Nízkoteplotní spoluvypalované keramické substráty (LTCC)
Tlusté filmové keramické substráty (TFC)
Přímé lepené měděné keramické substráty (DBC)
Přímo pokovené měděné keramické substráty (DPC)
Různé výrobní procesy
Keramický substrát Direct Bonded Copper (DBC) se vyrábí přidáním kyslíku mezi měď a keramiku, aby se získal eutektický roztok Cu-O mezi 1065~1083℃, s následnou reakcí za získání mezifáze (CuAlO2 nebo CuAl2O4), čímž se realizuje chemicko-metalurgická kombinace Cu destičky a keramického substrátu a poté konečná realizace grafické přípravy litografickou technologií pro vytvoření obvodu.
Koeficient tepelné roztažnosti substrátu DBC je velmi blízký koeficientu epitaxních materiálů LED, což může výrazně snížit tepelné napětí generované mezi čipem a substrátem.
Keramický substrát DPC (Direct Plated Copper) se vyrábí naprašováním měděné vrstvy na keramický substrát, poté se exponuje, leptá, defilmuje a nakonec se po odstranění fotorezistu zvětší tloušťka měděné linie galvanickým nebo chemickým pokovováním. metalizovaná linka je dokončena.
Různé výhody a nevýhody
Výhody keramického substrátu DBC
Vzhledem k tomu, že měděná fólie má dobrou elektrickou a tepelnou vodivost, má DBC výhody dobré tepelné vodivosti, dobré izolace, vysoké spolehlivosti a je široce používána v balíčcích IGBT, LD a CPV. Zejména díky silnější měděné fólii (100~600μm) má zjevné výhody v oblasti IGBT a LD balení.
Nevýhody keramického substrátu DBC
Výrobní proces využívá eutektickou reakci mezi Cu a Al2O3 při vysokých teplotách, což vyžaduje vysokou úroveň výrobního zařízení a řízení procesu, což zvyšuje náklady.
Vzhledem ke snadnému vytváření mikroporéznosti mezi Al2O3 a Cu vrstvou, která snižuje odolnost produktu vůči teplotním šokům, se tyto nevýhody stávají úzkým hrdlem propagace DBC substrátu.
Výhody keramického substrátu DPC
Používá se nízkoteplotní proces (pod 300°C), který zcela zamezuje nepříznivým vlivům vysoké teploty na materiál nebo strukturu linky a také snižuje náklady na výrobní proces.
Použití tenkého filmu a technologie fotolitografie, takže substrát na kovové lince je jemnější, takže substrát DPC je ideální pro vyrovnání vysokých požadavků na přesnost balení elektronických zařízení.
Nevýhody keramického substrátu DPC
Omezená tloušťka galvanicky nanesené vrstvy mědi a vysoké znečištění roztoku galvanického odpadu.
Pevnost spojení mezi kovovou vrstvou a keramikou je nízká a spolehlivost produktu je při aplikaci nízká.
