Para los empaques electrónicos, los sustratos cerámicos juegan un papel clave en la conexión de los canales de disipación de calor internos y externos, así como en la interconexión eléctrica y el soporte mecánico. Los sustratos cerámicos tienen las ventajas de alta conductividad térmica, buena resistencia al calor, alta resistencia mecánica y bajo coeficiente de expansión térmica, y son los materiales de sustrato comunes para el empaque de dispositivos semiconductores de potencia.
En términos de estructura y proceso de fabricación, los sustratos cerámicos se clasifican en 5 tipos.
Sustratos cerámicos multicapa cocidos a alta temperatura (HTCC)
Sustratos cerámicos de cocción conjunta a baja temperatura (LTCC)
Sustratos cerámicos de película gruesa (TFC)
Sustratos cerámicos de cobre adheridos directamente (DBC)
Sustratos cerámicos de cobre chapados directamente (DPC)
Diferentes Procesos de Producción
El sustrato cerámico de cobre adherido directo (DBC) se produce añadiendo oxígeno entre el cobre y la cerámica para obtener una solución eutéctica de Cu-O entre 1065 y 1083 ℃, seguida de la reacción para obtener la fase intermedia (CuAlO2 o CuAl2O4), realizando así la combinación química metalúrgica de placa de Cu y sustrato cerámico, y finalmente realizando la preparación gráfica por tecnología de litografía para formar el circuito.
El coeficiente de expansión térmica del sustrato DBC es muy similar al de los materiales epitaxiales LED, lo que puede reducir significativamente el estrés térmico generado entre el chip y el sustrato.
El sustrato cerámico de cobre revestido directo (DPC) se fabrica pulverizando una capa de cobre sobre el sustrato cerámico, luego exponiendo, grabando, quitando la película y finalmente aumentando el grosor de la línea de cobre mediante galvanoplastia o revestimiento químico, después de eliminar la fotorresistencia, el se completa la línea metalizada.
Diferentes ventajas y desventajas
Ventajas del sustrato cerámico DBC
Dado que la lámina de cobre tiene buena conductividad eléctrica y térmica, DBC tiene las ventajas de buena conductividad térmica, buen aislamiento, alta confiabilidad y ha sido ampliamente utilizado en paquetes IGBT, LD y CPV. Especialmente debido a la lámina de cobre más gruesa (100~600 μm), tiene ventajas obvias en el campo de los empaques IGBT y LD.
Desventajas del sustrato cerámico DBC
El proceso de producción emplea una reacción eutéctica entre Cu y Al2O3 a altas temperaturas, lo que requiere un alto nivel de equipo de producción y control del proceso, lo que hace que el costo sea alto.
Debido a la fácil generación de microporosidad entre la capa de Al2O3 y Cu, que reduce la resistencia al choque térmico del producto, estas desventajas se convierten en el cuello de botella de la promoción del sustrato DBC.
Ventajas del sustrato cerámico DPC
Se utiliza el proceso de baja temperatura (por debajo de 300°C), que evita por completo los efectos adversos de la alta temperatura en el material o la estructura de la línea, y también reduce el costo del proceso de fabricación.
El uso de tecnología de película delgada y fotolitografía, de modo que el sustrato en la línea de metal sea más fino, por lo que el sustrato DPC es ideal para la alineación de requisitos de alta precisión para el embalaje de dispositivos electrónicos.
Desventajas del sustrato cerámico DPC
Espesor limitado de la capa de cobre depositada electrochapada y alta contaminación de la solución de desechos de galvanoplastia.
La fuerza de unión entre la capa de metal y la cerámica es baja y la confiabilidad del producto es baja cuando se aplica.
