עבור אריזה אלקטרונית, מצעים קרמיים ממלאים תפקיד מפתח בחיבור ערוצי פיזור החום הפנימיים והחיצוניים, כמו גם חיבור חשמלי ותמיכה מכנית. למצעים קרמיים יש את היתרונות של מוליכות תרמית גבוהה, עמידות בחום טובה, חוזק מכני גבוה ומקדם התפשטות תרמית נמוך, והם חומרי המצע הנפוצים לאריזת מכשירי מוליכים למחצה.
מבחינת מבנה ותהליך הייצור, מצעים קרמיים מסווגים ל-5 סוגים.
מצע קרמי רב שכבתי בטמפרטורה גבוהה (HTCC)
מצע קרמי בטמפרטורה נמוכה (LTCC)
מצע קרמי לסרט עבה (TFC)
מצע קרמי נחושת מלוכדת ישירה (DBC)
מצע קרמי נחושת בציפוי ישיר (DPC)
תהליכי ייצור שונים
מצע קרמי מסוג Direct Bonded Copper (DBC) מיוצר על ידי הוספת חמצן בין נחושת לקרמיקה כדי להשיג תמיסה אוקטית Cu-O בין 1065~1083℃, ואחריה התגובה לקבלת שלב ביניים (CuAlO2 או CuAl2O4), ובכך מימוש השילוב המתכות הכימי של צלחת Cu ומצע קרמי, ואז סוף סוף מימוש ההכנה הגרפית על ידי טכנולוגיית ליתוגרפיה ליצירת המעגל.
מקדם ההתפשטות התרמית של מצע ה-DBC קרוב מאוד לזה של חומרים אפיטקסיאליים LED, מה שיכול להפחית משמעותית את המתח התרמי שנוצר בין השבב למצע.
מצע קרמי בציפוי ישיר (DPC) מיוצר על ידי התזת שכבת נחושת על המצע הקרמי, לאחר מכן חשיפה, חריטה, ביטול סרט, ולבסוף הגדלת עובי קו הנחושת על ידי ציפוי אלקטרוליטי או ציפוי כימי, לאחר הסרת הפוטורסיסט, קו מתכת הושלם.
יתרונות וחסרונות שונים
היתרונות של מצע קרמי DBC
מכיוון שלרדיד נחושת יש מוליכות חשמלית ותרמית טובה, ל-DBC יש את היתרונות של מוליכות תרמית טובה, בידוד טוב, אמינות גבוהה, והוא נמצא בשימוש נרחב בחבילות IGBT, LD ו-CPV. במיוחד בשל רדיד הנחושת העבה יותר (100 ~ 600 מיקרומטר), יש לו יתרונות ברורים בתחום אריזות IGBT ו-LD.
החסרונות של מצע קרמי DBC
תהליך הייצור מפעיל תגובה אוקטית בין Cu ו- Al2O3 בטמפרטורות גבוהות, הדורשת רמה גבוהה של ציוד ייצור ובקרת תהליכים, ובכך הופך את העלות לגבוהה.
בשל היצירה הקלה של מיקרו-נקבוביות בין שכבת Al2O3 ושכבת Cu, אשר מפחיתה את ההתנגדות להלם תרמי של המוצר, חסרונות אלו הופכים לצוואר הבקבוק של קידום מצע DBC.
היתרונות של מצע קרמי DPC
נעשה שימוש בתהליך הטמפרטורה הנמוכה (מתחת ל-300 מעלות צלזיוס), המונע לחלוטין את ההשפעות השליליות של טמפרטורה גבוהה על החומר או מבנה הקו, וגם מפחית את עלות תהליך הייצור.
השימוש בטכנולוגיית סרט דק ופוטוליתוגרפיה, כך שהמצע על קו המתכת עדין יותר, כך שמצע DPC אידיאלי ליישור דרישות דיוק גבוהות לאריזה של מכשירים אלקטרוניים.
חסרונות של מצע קרמי DPC
עובי מוגבל של שכבת הנחושת המופקדת באלקטרו וזיהום גבוה של תמיסת פסולת ציפוי.
חוזק ההדבקה בין שכבת המתכת והקרמיקה נמוך, ואמינות המוצר נמוכה ביישום.
