Für elektronische Verpackungen spielen Keramiksubstrate eine Schlüsselrolle bei der Verbindung der internen und externen Wärmeableitungskanäle sowie sowohl bei der elektrischen Verbindung als auch bei der mechanischen Unterstützung. Keramische Substrate haben die Vorteile hoher Wärmeleitfähigkeit, guter Wärmebeständigkeit, hoher mechanischer Festigkeit und eines niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, und sie sind die üblichen Substratmaterialien für Leistungshalbleiterbauelemente.
Keramiksubstrate werden hinsichtlich Struktur und Herstellungsprozess in 5 Typen eingeteilt.
Hochtemperatur-co-fired Multilayer-Keramiksubstrate (HTCC)
Bei niedriger Temperatur gemeinsam gebrannte Keramiksubstrate (LTCC)
Dickschicht-Keramiksubstrate (TFC)
Direkt gebondete Kupferkeramiksubstrate (DBC)
Direktbeschichtete Kupferkeramiksubstrate (DPC)
Unterschiedliche Produktionsverfahren
Das Keramiksubstrat Direct Bonded Copper (DBC) wird hergestellt, indem Sauerstoff zwischen Kupfer und Keramik hinzugefügt wird, um eine eutektische Cu-O-Lösung zwischen 1065 und 1083 ° C zu erhalten, gefolgt von der Reaktion, um eine Zwischenphase (CuAlO2 oder CuAl2O4) zu erhalten, wodurch die chemisch-metallurgische Kombination realisiert wird aus Cu-Platte und Keramiksubstrat, und schließlich die grafische Präparation durch Lithographietechnologie zur Bildung der Schaltung zu realisieren.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient des DBC-Substrats kommt dem von LED-Epitaxiematerialien sehr nahe, wodurch die zwischen dem Chip und dem Substrat erzeugte Wärmespannung erheblich reduziert werden kann.
Ein Keramiksubstrat aus direkt plattiertem Kupfer (DPC) wird hergestellt, indem eine Kupferschicht auf das Keramiksubstrat gesputtert, dann freigelegt, geätzt, entfilmt und schließlich die Dicke der Kupferleitung durch Elektroplattieren oder chemisches Plattieren erhöht wird, nachdem der Fotolack entfernt wurde metallisierte Leitung ist fertig.
Verschiedene Vor- und Nachteile
Vorteile des DBC-Keramiksubstrats
Da Kupferfolie eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit aufweist, hat DBC die Vorteile einer guten thermischen Leitfähigkeit, einer guten Isolierung und einer hohen Zuverlässigkeit und wird häufig in IGBT-, LD- und CPV-Gehäusen verwendet. Insbesondere durch die dickere Kupferfolie (100~600μm) hat es deutliche Vorteile im Bereich IGBT- und LD-Packaging.
Nachteile des DBC-Keramiksubstrats
Der Produktionsprozess verwendet eine eutektische Reaktion zwischen Cu und Al 2 O 3 bei hohen Temperaturen, was ein hohes Maß an Produktionsausrüstung und Prozesssteuerung erfordert, wodurch die Kosten hoch werden.
Aufgrund der leichten Erzeugung von Mikroporosität zwischen der Al 2 O 3 - und der Cu-Schicht, die die Temperaturwechselbeständigkeit des Produkts verringert, werden diese Nachteile zum Engpass bei der Förderung von DBC-Substraten.
Vorteile des DPC-Keramiksubstrats
Es wird das Niedertemperaturverfahren (unter 300°C) verwendet, das die nachteiligen Auswirkungen der hohen Temperatur auf das Material oder die Leitungsstruktur vollständig vermeidet und auch die Kosten des Herstellungsverfahrens reduziert.
Die Verwendung von Dünnschicht- und Fotolithografietechnologie, damit das Substrat auf der Metallleitung feiner wird, sodass das DPC-Substrat ideal für die Ausrichtung von hochpräzisen Anforderungen für die Verpackung elektronischer Geräte ist.
Nachteile des DPC-Keramiksubstrats
Begrenzte Dicke der galvanisch abgeschiedenen Kupferschicht und hohe Verschmutzung der Galvanikabfalllösung.
Die Bindungsstärke zwischen der Metallschicht und der Keramik ist gering, und die Zuverlässigkeit des Produkts ist gering, wenn es aufgetragen wird.
