Voor elektronische verpakkingen spelen keramische substraten een sleutelrol bij het verbinden van de interne en externe warmtedissipatiekanalen, evenals zowel elektrische interconnectie als mechanische ondersteuning. Keramische substraten hebben de voordelen van een hoge thermische geleidbaarheid, goede hittebestendigheid, hoge mechanische sterkte en lage thermische uitzettingscoëfficiënt, en ze zijn de gebruikelijke substraatmaterialen voor het verpakken van vermogenshalfgeleiders.
Qua structuur en fabricageproces worden keramische substraten ingedeeld in 5 typen.
Hoge temperatuur co-fired meerlaagse keramische substraten (HTCC)
Lage temperatuur co-gestookte keramische substraten (LTCC)
Dikke Film Keramische Substraten (TFC)
Direct gebonden koperen keramische substraten (DBC)
Direct geplateerde koperen keramische substraten (DPC)
Verschillende productieprocessen
Direct Bonded Copper (DBC) keramisch substraat wordt geproduceerd door zuurstof toe te voegen tussen koper en keramiek om Cu-O eutectische oplossing tussen 1065 ~ 1083 ℃ te verkrijgen, gevolgd door de reactie om tussenfase (CuAlO2 of CuAl2O4) te verkrijgen, waardoor de chemische metallurgische combinatie wordt gerealiseerd van Cu-plaat en keramisch substraat, en dan eindelijk de grafische voorbereiding realiseren door lithografietechnologie om het circuit te vormen.
De thermische uitzettingscoëfficiënt van het DBC-substraat ligt zeer dicht bij die van LED-epitaxiale materialen, wat de thermische spanning tussen de chip en het substraat aanzienlijk kan verminderen.
Direct geplateerd koper (DPC) keramisch substraat wordt gemaakt door een koperlaag op het keramische substraat te sputteren, vervolgens bloot te leggen, te etsen, te ontfilmen en uiteindelijk de dikte van de koperlijn te vergroten door galvaniseren of chemisch plateren, na het verwijderen van de fotoresist, de gemetalliseerde lijn is voltooid.
Verschillende voordelen en nadelen
Voordelen van DBC Keramisch Substraat
Omdat koperfolie een goede elektrische en thermische geleidbaarheid heeft, heeft DBC de voordelen van een goede thermische geleidbaarheid, goede isolatie, hoge betrouwbaarheid en wordt het veel gebruikt in IGBT-, LD- en CPV-pakketten. Vooral door de dikkere koperfolie (100~600μm) heeft het duidelijke voordelen op het gebied van IGBT- en LD-verpakkingen.
Nadelen van DBC keramisch substraat
Het productieproces maakt gebruik van een eutectische reactie tussen Cu en Al2O3 bij hoge temperaturen, wat een hoog niveau van productieapparatuur en procesbeheersing vereist, waardoor de kosten hoog zijn.
Vanwege het gemakkelijk genereren van microporositeit tussen de Al2O3- en Cu-laag, waardoor de thermische schokbestendigheid van het product wordt verminderd, worden deze nadelen het knelpunt van DBC-substraatpromotie.
Voordelen van DPC keramisch substraat
Het proces bij lage temperatuur (onder 300 °C) wordt gebruikt, waardoor de nadelige effecten van hoge temperaturen op het materiaal of de lijnstructuur volledig worden vermeden en ook de kosten van het productieproces worden verlaagd.
Het gebruik van dunne film- en fotolithografische technologie, zodat het substraat op de metalen lijn fijner is, dus het DPC-substraat is ideaal voor het uitlijnen van hoge precisie-eisen voor het verpakken van elektronische apparaten.
Nadelen van DPC keramisch substraat
Beperkte dikte van de gegalvaniseerde afgezette koperlaag en hoge vervuiling van de galvanische afvaloplossing.
De hechtkracht tussen de metaallaag en het keramiek is laag en de betrouwbaarheid van het product is laag wanneer het wordt aangebracht.
