Elektroniikkapakkauksissa keraamiset substraatit ovat avainasemassa sisäisten ja ulkoisten lämmönpoistokanavien yhdistämisessä sekä sekä sähköisenä yhteenliittämisessä että mekaanisessa tuessa. Keraamisten alustojen etuna on korkea lämmönjohtavuus, hyvä lämmönkestävyys, korkea mekaaninen lujuus ja alhainen lämpölaajenemiskerroin, ja ne ovat yleisiä substraattimateriaaleja tehopuolijohdelaitteiden pakkauksissa.
Rakenteen ja valmistusprosessin suhteen keraamiset alustat luokitellaan viiteen tyyppiin.
Korkean lämpötilan rinnakkaispoltetut monikerroksiset keraamiset alustat (HTCC)
Matalassa lämpötilassa rinnakkaispoltetut keraamiset alustat (LTCC)
Paksukalvokeraamiset substraatit (TFC)
Suorasidostetut kuparikeraamiset substraatit (DBC)
Suorapinnoitetut kuparikeraamiset substraatit (DPC)
Erilaiset tuotantoprosessit
Direct Bonded Copper (DBC) keraaminen substraatti valmistetaan lisäämällä happea kuparin ja keramiikan väliin Cu-O eutektisen liuoksen saamiseksi välillä 1065-1083 ℃, mitä seuraa reaktio välifaasin (CuAlO2 tai CuAl2O4) saamiseksi, jolloin saadaan aikaan kemiallinen metallurginen yhdistelmä. Cu-levystä ja keraamisesta substraatista ja lopuksi toteuttamalla graafinen valmistelu litografiatekniikalla piirin muodostamiseksi.
DBC-substraatin lämpölaajenemiskerroin on hyvin lähellä LED-epitaksiaalisten materiaalien lämpölaajenemiskerrointa, mikä voi merkittävästi vähentää sirun ja alustan välillä syntyvää lämpörasitusta.
Direct Plated Copper (DPC) -keraaminen substraatti valmistetaan sputteroimalla kuparikerros keraamisen alustan päälle, paljastamalla, syövyttämällä, poistamalla kalvo ja lopuksi lisäämällä kupariviivan paksuutta galvanoimalla tai kemiallisesti pinnoittamalla, fotoresistin poistamisen jälkeen metalloitu linja on valmis.
Erilaisia etuja ja haittoja
DBC-keraamisen alustan edut
Koska kuparifoliolla on hyvä sähkön- ja lämmönjohtavuus, DBC:n etuna on hyvä lämmönjohtavuus, hyvä eristys ja korkea luotettavuus, ja sitä on käytetty laajasti IGBT-, LD- ja CPV-paketeissa. Erityisesti paksumman kuparifolion (100 ~ 600 μm) ansiosta sillä on ilmeisiä etuja IGBT- ja LD-pakkausten alalla.
DBC-keraamisen alustan haitat
Tuotantoprosessissa käytetään eutektista reaktiota Cu:n ja Al2O3:n välillä korkeissa lämpötiloissa, mikä vaatii korkeatasoista tuotantolaitteistoa ja prosessin ohjausta, mikä tekee kustannuksista korkeat.
Koska Al2O3- ja Cu-kerroksen väliin muodostuu helposti mikrohuokoisuutta, mikä vähentää tuotteen lämpöiskunkestoa, näistä haitoista tulee DBC-substraatin edistämisen pullonkaula.
DPC-keraamisen alustan edut
Käytetään matalan lämpötilan prosessia (alle 300 °C), joka välttää täysin korkean lämpötilan haitalliset vaikutukset materiaaliin tai linjarakenteeseen ja alentaa myös valmistusprosessin kustannuksia.
Ohutkalvo- ja fotolitografiatekniikkaa käytetään siten, että substraatti metallilinjalla on hienompi, joten DPC-substraatti on ihanteellinen yhdenmukaistamiseen korkean tarkkuuden vaatimukset pakkaamiseen elektroniikkalaitteissa.
DPC-keraamisen alustan haitat
Sähköpinnoitetun kuparikerroksen paksuus ja galvanointijäteliuoksen korkea saastuminen.
Metallikerroksen ja keramiikan välinen sidoslujuus on alhainen, ja tuotteen luotettavuus on alhainen levitettäessä.
