Για την ηλεκτρονική συσκευασία, τα κεραμικά υποστρώματα διαδραματίζουν βασικό ρόλο στη σύνδεση των εσωτερικών και εξωτερικών καναλιών απαγωγής θερμότητας, καθώς και στην ηλεκτρική διασύνδεση και στη μηχανική υποστήριξη. Τα κεραμικά υποστρώματα έχουν τα πλεονεκτήματα της υψηλής θερμικής αγωγιμότητας, της καλής αντοχής στη θερμότητα, της υψηλής μηχανικής αντοχής και του χαμηλού συντελεστή θερμικής διαστολής και είναι τα κοινά υλικά υποστρώματος για τη συσκευασία συσκευών ισχύος ημιαγωγών.
Ως προς τη δομή και τη διαδικασία κατασκευής, τα κεραμικά υποστρώματα ταξινομούνται σε 5 τύπους.
Κεραμικά υποστρώματα πολλαπλών στρωμάτων συν-καύσης υψηλής θερμοκρασίας (HTCC)
Κεραμικά υποστρώματα με συν-καύση χαμηλής θερμοκρασίας (LTCC)
Κεραμικά υποστρώματα παχιάς μεμβράνης (TFC)
Κεραμικά Υποστρώματα Άμεσης Συγκόλλησης Χαλκού (DBC)
Άμεσα επιμεταλλωμένα κεραμικά υποστρώματα χαλκού (DPC)
Διαφορετικές διαδικασίες παραγωγής
Το κεραμικό υπόστρωμα Direct Bonded Copper (DBC) παράγεται με την προσθήκη οξυγόνου μεταξύ χαλκού και κεραμικού για να ληφθεί ευτηκτικό διάλυμα Cu-O μεταξύ 1065~1083℃, ακολουθούμενο από την αντίδραση για τη λήψη της ενδιάμεσης φάσης (CuAlO2 ή CuAl2O4), πραγματοποιώντας έτσι τον χημικό μεταλλουργικό συνδυασμό από πλάκα Cu και κεραμικό υπόστρωμα, και στη συνέχεια υλοποιείται τελικά η γραφική προετοιμασία με τεχνολογία λιθογραφίας για να σχηματιστεί το κύκλωμα.
Ο συντελεστής θερμικής διαστολής του υποστρώματος DBC είναι πολύ κοντά σε αυτόν των επιταξιακών υλικών LED, γεγονός που μπορεί να μειώσει σημαντικά τη θερμική τάση που δημιουργείται μεταξύ του τσιπ και του υποστρώματος.
Το κεραμικό υπόστρωμα απευθείας επιμεταλλωμένου χαλκού (DPC) κατασκευάζεται με ψεκασμό ενός στρώματος χαλκού στο κεραμικό υπόστρωμα, στη συνέχεια έκθεση, χάραξη, αφαίρεση φιλμ και, τέλος, αύξηση του πάχους της γραμμής χαλκού με ηλεκτρολυτική ή χημική επιμετάλλωση, μετά την αφαίρεση του φωτοανθεκτικού, η μεταλλοποιημένη γραμμή ολοκληρώθηκε.
Διαφορετικά Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα
Πλεονεκτήματα του Κεραμικού Υποστρώματος DBC
Δεδομένου ότι το φύλλο χαλκού έχει καλή ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα, το DBC έχει τα πλεονεκτήματα της καλής θερμικής αγωγιμότητας, της καλής μόνωσης, της υψηλής αξιοπιστίας και έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε πακέτα IGBT, LD και CPV. Ειδικά λόγω του παχύτερου φύλλου χαλκού (100~600μm), έχει εμφανή πλεονεκτήματα στον τομέα της συσκευασίας IGBT και LD.
Μειονεκτήματα του Κεραμικού Υποστρώματος DBC
Η διαδικασία παραγωγής χρησιμοποιεί μια ευτηκτική αντίδραση μεταξύ Cu και Al2O3 σε υψηλές θερμοκρασίες, η οποία απαιτεί υψηλό επίπεδο εξοπλισμού παραγωγής και έλεγχο της διαδικασίας, καθιστώντας έτσι το κόστος υψηλό.
Λόγω της εύκολης δημιουργίας μικροπορώδους μεταξύ του στρώματος Al2O3 και Cu, το οποίο μειώνει την αντίσταση του προϊόντος στο θερμικό σοκ, αυτά τα μειονεκτήματα γίνονται το σημείο συμφόρησης για την προώθηση του υποστρώματος DBC.
Πλεονεκτήματα του Κεραμικού Υποστρώματος DPC
Χρησιμοποιείται η διαδικασία χαμηλής θερμοκρασίας (κάτω από 300°C), η οποία αποφεύγει πλήρως τις δυσμενείς επιπτώσεις της υψηλής θερμοκρασίας στο υλικό ή τη δομή της γραμμής και επίσης μειώνει το κόστος της διαδικασίας κατασκευής.
Η χρήση τεχνολογίας λεπτής μεμβράνης και φωτολιθογραφίας, ώστε το υπόστρωμα στη μεταλλική γραμμή να είναι λεπτότερο, ώστε το υπόστρωμα DPC να είναι ιδανικό για την ευθυγράμμιση απαιτήσεων υψηλής ακρίβειας για τη συσκευασία ηλεκτρονικών συσκευών.
Μειονεκτήματα Κεραμικού Υποστρώματος DPC
Περιορισμένο πάχος της επιμεταλλωμένης στρώσης εναποτιθέμενου χαλκού και υψηλή ρύπανση του διαλύματος απορριμμάτων επιμετάλλωσης.
Η αντοχή συγκόλλησης μεταξύ του μεταλλικού στρώματος και του κεραμικού είναι χαμηλή και η αξιοπιστία του προϊόντος είναι χαμηλή όταν εφαρμόζεται.
