Elektroninėje pakuotėje keraminiai substratai atlieka pagrindinį vaidmenį jungiant vidinius ir išorinius šilumos išsklaidymo kanalus, taip pat tiek elektros sujungimą, tiek mechaninę atramą. Keraminiai pagrindai turi aukšto šilumos laidumo, gero atsparumo karščiui, didelio mechaninio stiprumo ir mažo šiluminio plėtimosi koeficiento privalumų ir yra įprastos pagrindo medžiagos galios puslaidininkių įtaisų pakavimui.
Pagal struktūrą ir gamybos procesą keraminiai substratai skirstomi į 5 tipus.
Aukštos temperatūros bendrai deginami daugiasluoksniai keraminiai substratai (HTCC)
Žemos temperatūros bendrai deginami keraminiai substratai (LTCC)
Storosios plėvelės keraminiai substratai (TFC)
Tiesiogiai sujungti vario keraminiai substratai (DBC)
Tiesiogiai padengti vario keraminiai substratai (DPC)
Įvairūs gamybos procesai
Tiesioginio surišimo vario (DBC) keramikos substratas gaminamas pridedant deguonies tarp vario ir keramikos, kad gautų Cu-O eutektinį tirpalą tarp 1065–1083 ℃, o po to vyksta reakcija į tarpinę fazę (CuAlO2 arba CuAl2O4), taip įgyvendinant cheminį metalurginį derinį. Cu plokštės ir keraminio pagrindo, o galiausiai įgyvendinant grafinį paruošimą litografijos technologija, kad būtų suformuota grandinė.
DBC substrato šiluminio plėtimosi koeficientas yra labai panašus į LED epitaksinių medžiagų koeficientą, o tai gali žymiai sumažinti šiluminį įtempį, susidarantį tarp lusto ir pagrindo.
Tiesioginio padengto vario (DPC) keraminis substratas gaminamas purškiant vario sluoksnį ant keraminio pagrindo, tada atskleidžiant, išgraviruojant, pašalinant plėvelę ir galiausiai padidinant vario linijos storį galvanizuojant arba cheminiu padengimu, pašalinus fotorezistą, baigta metalizuota linija.
Skirtingi privalumai ir trūkumai
DBC keraminio substrato privalumai
Kadangi varinė folija turi gerą elektros ir šilumos laidumą, DBC turi gero šilumos laidumo, geros izoliacijos, didelio patikimumo privalumus ir buvo plačiai naudojama IGBT, LD ir CPV pakuotėse. Ypač dėl storesnės varinės folijos (100 ~ 600 μm) ji turi akivaizdžių pranašumų IGBT ir LD pakuočių srityje.
DBC keraminio substrato trūkumai
Gamybos procese aukštoje temperatūroje vyksta eutektinė Cu ir Al2O3 reakcija, kuriai reikalinga aukšto lygio gamybos įranga ir proceso kontrolė, todėl sąnaudos yra didelės.
Dėl lengvo mikroporingumo susidarymo tarp Al2O3 ir Cu sluoksnio, kuris sumažina gaminio atsparumą šiluminiam smūgiui, šie trūkumai tampa DBC substrato skatinimo kliūtimi.
DPC keraminio substrato pranašumai
Naudojamas žemos temperatūros procesas (žemiau 300°C), kuris visiškai išvengia neigiamo aukštos temperatūros poveikio medžiagos ar linijos struktūrai, taip pat sumažina gamybos proceso sąnaudas.
Plonos plėvelės ir fotolitografijos technologijos naudojimas, kad ant metalinės linijos būtų smulkesnis substratas, todėl DPC substratas idealiai tinka suderinti aukšto tikslumo reikalavimus elektroninių prietaisų pakavimui.
DPC keraminio pagrindo trūkumai
Ribotas galvanizuoto vario sluoksnio storis ir didelė galvanizavimo atliekų tirpalo tarša.
Sukibimo stiprumas tarp metalo sluoksnio ir keramikos yra mažas, o gaminio patikimumas yra mažas.
