Za elektroničko pakiranje, keramičke podloge igraju ključnu ulogu u povezivanju unutarnjih i vanjskih kanala za raspršivanje topline, kao iu međusobnom električnom povezivanju i mehaničkoj potpori. Prednosti keramičkih supstrata su visoka toplinska vodljivost, dobra otpornost na toplinu, visoka mehanička čvrstoća i nizak koeficijent toplinskog širenja, te su uobičajeni materijali supstrata za pakiranje energetskih poluvodičkih uređaja.
U pogledu strukture i procesa izrade, keramičke podloge se dijele u 5 vrsta.
Višeslojne keramičke podloge koje su pečene na visokim temperaturama (HTCC)
Niskotemperaturne suzapaljene keramičke podloge (LTCC)
Debeloslojne keramičke podloge (TFC)
Izravno spojene bakrene keramičke podloge (DBC)
Izravno presvučene bakrene keramičke podloge (DPC)
Različiti proizvodni procesi
Direct Bonded Copper (DBC) keramički supstrat proizvodi se dodavanjem kisika između bakra i keramike kako bi se dobila Cu-O eutektička otopina između 1065~1083 ℃, nakon čega slijedi reakcija za dobivanje međufaze (CuAlO2 ili CuAl2O4), čime se ostvaruje kemijska metalurška kombinacija Cu ploče i keramičke podloge, a zatim konačno realizirati grafičku pripremu litografskom tehnologijom za formiranje kruga.
Koeficijent toplinske ekspanzije DBC supstrata vrlo je sličan koeficijentu LED epitaksijalnih materijala, što može značajno smanjiti toplinsko naprezanje koje nastaje između čipa i supstrata.
Direct Plated Copper (DPC) keramička podloga izrađena je raspršivanjem bakrenog sloja na keramičkoj podlozi, zatim eksponiranjem, jetkanjem, uklanjanjem filma i konačno povećanjem debljine bakrene linije galvaniziranjem ili kemijskim nanošenjem, nakon uklanjanja fotootpornog materijala, metalizirana linija je dovršena.
Različite prednosti i nedostaci
Prednosti DBC keramičke podloge
Budući da bakrena folija ima dobru električnu i toplinsku vodljivost, DBC ima prednosti dobre toplinske vodljivosti, dobre izolacije, visoke pouzdanosti i naširoko se koristi u IGBT, LD i CPV paketima. Osobito zbog deblje bakrene folije (100~600μm), ima očite prednosti u području IGBT i LD pakiranja.
Nedostaci DBC keramičke podloge
Proizvodni proces uključuje eutektičku reakciju između Cu i Al2O3 na visokim temperaturama, što zahtijeva visoku razinu proizvodne opreme i kontrole procesa, što čini trošak visokim.
Zbog lakog stvaranja mikroporoznosti između sloja Al2O3 i Cu, što smanjuje otpornost proizvoda na toplinske udare, ti nedostaci postaju usko grlo promocije DBC supstrata.
Prednosti DPC keramičke podloge
Koristi se niskotemperaturni postupak (ispod 300°C) čime se u potpunosti izbjegavaju štetni učinci visoke temperature na materijal ili strukturu vodova, a također se smanjuje cijena proizvodnog procesa.
Korištenje tehnologije tankog filma i fotolitografije, tako da je supstrat na metalnoj liniji finiji, tako da je DPC supstrat idealan za usklađivanje visokih zahtjeva preciznosti za pakiranje elektroničkih uređaja.
Nedostaci DPC keramičke podloge
Ograničena debljina galvaniziranog sloja bakra i visoko onečišćenje otpadne otopine galvanizacije.
Snaga lijepljenja između metalnog sloja i keramike je niska, a pouzdanost proizvoda niska je pri nanošenju.
