Til elektronisk emballering spiller keramiske substrater en nøglerolle i forbindelse med de interne og eksterne varmeafledningskanaler, såvel som både elektrisk sammenkobling og mekanisk støtte. Keramiske substrater har fordelene ved høj termisk ledningsevne, god varmebestandighed, høj mekanisk styrke og lav termisk udvidelseskoefficient, og de er de almindelige substratmaterialer til emballering af krafthalvlederenheder.
Med hensyn til struktur og fremstillingsproces er keramiske underlag klassificeret i 5 typer.
Højtemperatur-sambrændte flerlags keramiske substrater (HTCC)
Low-Temperature Co-fired Ceramic Substrates (LTCC)
Tykke filmkeramiske substrater (TFC)
Direkte bundne kobberkeramiske substrater (DBC)
Direkte belagte kobberkeramiske substrater (DPC)
Forskellige produktionsprocesser
Direkte bundet kobber (DBC) keramisk substrat fremstilles ved at tilføje oxygen mellem kobber og keramik for at opnå Cu-O eutektisk opløsning mellem 1065~1083 ℃, efterfulgt af reaktionen for at opnå mellemfase (CuAlO2 eller CuAl2O4), og dermed realisere den kemiske metallurgiske kombination af Cu-plade og keramisk substrat, og så endelig realisere den grafiske forberedelse ved litografiteknologi til at danne kredsløbet.
Den termiske udvidelseskoefficient for DBC-substratet er meget tæt på den for LED-epitaksiale materialer, hvilket betydeligt kan reducere den termiske spænding, der genereres mellem chippen og substratet.
Direct Plated Copper (DPC) keramisk substrat fremstilles ved at sputtere et kobberlag på det keramiske substrat, derefter blotlægge, ætse, affilme og til sidst øge tykkelsen af kobberlinjen ved galvanisering eller kemisk plettering, efter fjernelse af fotoresisten, metalliseret linje er afsluttet.
Forskellige fordele og ulemper
Fordele ved DBC Keramisk Substrat
Da kobberfolie har god elektrisk og termisk ledningsevne, har DBC fordelene ved god varmeledningsevne, god isolering, høj pålidelighed og er blevet meget brugt i IGBT-, LD- og CPV-pakker. Især på grund af den tykkere kobberfolie (100~600μm) har den åbenlyse fordele inden for IGBT- og LD-emballage.
Ulemper ved DBC-keramisk substrat
Produktionsprocessen anvender en eutektisk reaktion mellem Cu og Al2O3 ved høje temperaturer, hvilket kræver et højt niveau af produktionsudstyr og processtyring, hvilket gør omkostningerne høje.
På grund af den lette generering af mikroporøsitet mellem Al2O3- og Cu-laget, som reducerer produktets termiske stødmodstand, bliver disse ulemper flaskehalsen ved fremme af DBC-substrat.
Fordele ved DPC keramisk substrat
Lavtemperaturprocessen (under 300°C) anvendes, hvilket fuldstændigt undgår de negative virkninger af høj temperatur på materialet eller linjestrukturen og reducerer også omkostningerne ved fremstillingsprocessen.
Brugen af tynd film og fotolitografi teknologi, således at substratet på metallinjen finere, så DPC-substratet er ideelt til tilpasning af høj præcisionskrav til emballering af elektroniske enheder.
Ulemper ved DPC keramisk substrat
Begrænset tykkelse af det elektropletterede aflejrede kobberlag og høj forurening af galvaniseringsaffaldsopløsning.
Bindestyrken mellem metallaget og keramikken er lav, og produktets pålidelighed er lav ved påføring.
