Pour les emballages électroniques, les substrats en céramique jouent un rôle clé dans la connexion des canaux de dissipation thermique internes et externes, ainsi que l'interconnexion électrique et le support mécanique. Les substrats en céramique présentent les avantages d'une conductivité thermique élevée, d'une bonne résistance à la chaleur, d'une résistance mécanique élevée et d'un faible coefficient de dilatation thermique, et ce sont les matériaux de substrat courants pour l'emballage des dispositifs à semi-conducteurs de puissance.
En termes de structure et de procédé de fabrication, les substrats céramiques sont classés en 5 types.
Substrats céramiques multicouches cocuits à haute température (HTCC)
Substrats céramiques cocuits à basse température (LTCC)
Substrats céramiques à couche épaisse (TFC)
Substrats céramiques en cuivre à liaison directe (DBC)
Substrats céramiques en cuivre à placage direct (DPC)
Différents processus de production
Le substrat en céramique de cuivre à liaison directe (DBC) est produit en ajoutant de l'oxygène entre le cuivre et la céramique pour obtenir une solution eutectique Cu-O entre 1065 ~ 1083℃, suivi de la réaction pour obtenir la phase intermédiaire (CuAlO2 ou CuAl2O4), réalisant ainsi la combinaison métallurgique chimique de la plaque de Cu et du substrat en céramique, puis enfin en réalisant la préparation graphique par technologie de lithographie pour former le circuit.
Le coefficient de dilatation thermique du substrat DBC est très proche de celui des matériaux épitaxiaux LED, ce qui peut réduire considérablement la contrainte thermique générée entre la puce et le substrat.
Le substrat en céramique en cuivre plaqué direct (DPC) est fabriqué en pulvérisant une couche de cuivre sur le substrat en céramique, puis en exposant, gravé, défilmé et enfin en augmentant l'épaisseur de la ligne de cuivre par galvanoplastie ou placage chimique, après avoir retiré le photorésist, le la ligne métallisée est terminée.
Différents avantages et inconvénients
Avantages du substrat céramique DBC
Étant donné que la feuille de cuivre a une bonne conductivité électrique et thermique, le DBC présente les avantages d'une bonne conductivité thermique, d'une bonne isolation, d'une grande fiabilité et a été largement utilisé dans les boîtiers IGBT, LD et CPV. Surtout en raison de la feuille de cuivre plus épaisse (100 ~ 600 μm), il présente des avantages évidents dans le domaine des emballages IGBT et LD.
Inconvénients du substrat céramique DBC
Le processus de production utilise une réaction eutectique entre Cu et Al2O3 à des températures élevées, ce qui nécessite un niveau élevé d'équipement de production et de contrôle du processus, ce qui rend le coût élevé.
En raison de la génération facile de microporosité entre la couche Al2O3 et Cu, qui réduit la résistance aux chocs thermiques du produit, ces inconvénients deviennent le goulot d'étranglement de la promotion du substrat DBC.
Avantages du substrat céramique DPC
Le processus à basse température (inférieure à 300 ° C) est utilisé, ce qui évite complètement les effets néfastes de la température élevée sur le matériau ou la structure de la ligne, et réduit également le coût du processus de fabrication.
L'utilisation de la technologie des couches minces et de la photolithographie, de sorte que le substrat sur la ligne métallique soit plus fin, de sorte que le substrat DPC est idéal pour l'alignement des exigences de haute précision pour l'emballage des appareils électroniques.
Inconvénients du substrat céramique DPC
Épaisseur limitée de la couche de cuivre déposée par galvanoplastie et forte pollution de la solution de déchets de galvanoplastie.
La force de liaison entre la couche métallique et la céramique est faible et la fiabilité du produit est faible lors de son application.
