For elektronisk emballasje spiller keramiske substrater en nøkkelrolle i å koble de interne og eksterne varmespredningskanalene, så vel som både elektrisk sammenkobling og mekanisk støtte. Keramiske substrater har fordelene med høy termisk ledningsevne, god varmebestandighet, høy mekanisk styrke og lav termisk ekspansjonskoeffisient, og de er de vanlige substratmaterialene for emballering av krafthalvlederenheter.
Når det gjelder struktur og produksjonsprosess, er keramiske underlag klassifisert i 5 typer.
Høytemperatur medbrente flerlags keramiske substrater (HTCC)
Lavtemperatur sambrennende keramiske substrater (LTCC)
Tykkfilmkeramiske substrater (TFC)
Direkte bundne kobberkeramiske substrater (DBC)
Direkte belagte kobberkeramiske substrater (DPC)
Ulike produksjonsprosesser
Direct Bonded Copper (DBC) keramisk substrat produseres ved å tilsette oksygen mellom kobber og keramikk for å oppnå Cu-O eutektisk løsning mellom 1065~1083 ℃, etterfulgt av reaksjonen for å oppnå mellomfase (CuAlO2 eller CuAl2O4), og dermed realisere den kjemiske metallurgiske kombinasjonen av Cu-plate og keramisk substrat, og deretter til slutt realisere den grafiske forberedelsen ved litografiteknologi for å danne kretsen.
Den termiske ekspansjonskoeffisienten til DBC-substratet er veldig nær den for LED-epitaksiale materialer, noe som kan redusere den termiske spenningen som genereres mellom brikken og underlaget betydelig.
Direct Plated Copper (DPC) keramisk substrat lages ved å sputtere et kobberlag på det keramiske substratet, deretter eksponere, etse, avfilme, og til slutt øke tykkelsen på kobberlinjen ved galvanisering eller kjemisk plettering, etter fjerning av fotoresisten, metallisert linje er fullført.
Ulike fordeler og ulemper
Fordeler med DBC keramisk substrat
Siden kobberfolie har god elektrisk og termisk ledningsevne, har DBC fordelene med god varmeledningsevne, god isolasjon, høy pålitelighet, og har blitt mye brukt i IGBT-, LD- og CPV-pakker. Spesielt på grunn av den tykkere kobberfolien (100~600μm), har den åpenbare fordeler innen IGBT- og LD-emballasje.
Ulemper med DBC keramisk substrat
Produksjonsprosessen bruker en eutektisk reaksjon mellom Cu og Al2O3 ved høye temperaturer, noe som krever et høyt nivå av produksjonsutstyr og prosesskontroll, og dermed gjør kostnadene høye.
På grunn av den enkle genereringen av mikroporøsitet mellom Al2O3- og Cu-laget, som reduserer produktets termiske støtmotstand, blir disse ulempene flaskehalsen for markedsføring av DBC-substrat.
Fordeler med DPC keramisk substrat
Lavtemperaturprosessen (under 300 °C) brukes, som fullstendig unngår de negative effektene av høy temperatur på materialet eller linjestrukturen, og reduserer også kostnadene ved produksjonsprosessen.
Bruken av tynn film og fotolitografi teknologi, slik at substratet på metalllinjen finere, slik at DPC-substratet er ideelt for justering av høy presisjonskrav for emballasje av elektroniske enheter.
Ulemper med DPC keramisk substrat
Begrenset tykkelse på det elektropletterte avsatte kobberlaget og høy forurensning av galvaniseringsavfallsløsningen.
Bindestyrken mellom metalllaget og keramikken er lav, og produktets pålitelighet er lav når det påføres.
