W przypadku opakowań elektronicznych podłoża ceramiczne odgrywają kluczową rolę w łączeniu wewnętrznych i zewnętrznych kanałów odprowadzania ciepła, a także w połączeniach elektrycznych i mechanicznych. Podłoża ceramiczne mają zalety wysokiej przewodności cieplnej, dobrej odporności na ciepło, wysokiej wytrzymałości mechanicznej i niskiego współczynnika rozszerzalności cieplnej i są powszechnymi materiałami podłoża do pakowania urządzeń półprzewodnikowych mocy.
Ze względu na budowę i proces wytwarzania podłoża ceramiczne dzieli się na 5 rodzajów.
Wielowarstwowe podłoża ceramiczne współwypalane w wysokiej temperaturze (HTCC)
Podłoża ceramiczne do współwypalania w niskich temperaturach (LTCC)
Podłoża ceramiczne grubowarstwowe (TFC)
Podłoża miedziano-ceramiczne wiązane bezpośrednio (DBC)
Podłoża miedziano-ceramiczne powlekane bezpośrednio (DPC)
Różne procesy produkcyjne
Podłoże ceramiczne z miedzi wiązanej bezpośrednio (DBC) jest wytwarzane przez dodanie tlenu między miedzią a ceramiką w celu uzyskania roztworu eutektycznego Cu-O w temperaturze między 1065 a 1083 ℃, po czym następuje reakcja w celu uzyskania fazy pośredniej (CuAlO2 lub CuAl2O4), realizując w ten sposób chemiczną kombinację metalurgiczną płytki Cu i podłoża ceramicznego, a następnie ostatecznie zrealizowanie przygotowania graficznego technologią litograficzną w celu utworzenia obwodu.
Współczynnik rozszerzalności cieplnej podłoża DBC jest bardzo zbliżony do współczynnika epitaksjalnych materiałów LED, co może znacznie zmniejszyć naprężenia termiczne generowane między chipem a podłożem.
Podłoże ceramiczne z miedzi platerowanej bezpośrednio (DPC) jest wytwarzane przez napylanie katodowe warstwy miedzi na podłoże ceramiczne, następnie naświetlanie, wytrawianie, usuwanie błony, a na koniec zwiększanie grubości linii miedzi przez galwanizację lub powlekanie chemiczne, po usunięciu fotorezystu, linia metalizowana jest zakończona.
Różne zalety i wady
Zalety podłoża ceramicznego DBC
Ponieważ folia miedziana ma dobrą przewodność elektryczną i cieplną, DBC ma zalety dobrej przewodności cieplnej, dobrej izolacji, wysokiej niezawodności i jest szeroko stosowana w pakietach IGBT, LD i CPV. Zwłaszcza ze względu na grubszą folię miedzianą (100 ~ 600 μm), ma oczywiste zalety w dziedzinie opakowań IGBT i LD.
Wady podłoża ceramicznego DBC
Proces produkcyjny wykorzystuje reakcję eutektyczną między Cu i Al2O3 w wysokich temperaturach, co wymaga wysokiego poziomu wyposażenia produkcyjnego i kontroli procesu, co powoduje wysokie koszty.
Ze względu na łatwe powstawanie mikroporowatości pomiędzy warstwą Al2O3 i Cu, co zmniejsza odporność produktu na szok termiczny, wady te stają się wąskim gardłem promocji podłoża DBC.
Zalety podłoża ceramicznego DPC
Stosowany jest proces niskotemperaturowy (poniżej 300°C), który całkowicie eliminuje niekorzystny wpływ wysokiej temperatury na strukturę materiału lub linii, a także obniża koszty procesu produkcyjnego.
Zastosowanie cienkiej folii i technologii fotolitografii, dzięki czemu podłoże na metalowej linii jest drobniejsze, dzięki czemu podłoże DPC jest idealne do dostosowania wymagań o wysokiej precyzji do pakowania urządzeń elektronicznych.
Wady podłoża ceramicznego DPC
Ograniczona grubość osadzonej warstwy miedzi galwanicznej i duże zanieczyszczenie roztworu odpadowego galwanizacji.
Siła wiązania między warstwą metalową a ceramiką jest niska, a niezawodność produktu po nałożeniu jest niska.
