Para embalagens eletrônicas, os substratos cerâmicos desempenham um papel fundamental na conexão dos canais internos e externos de dissipação de calor, bem como na interligação elétrica e no suporte mecânico. Os substratos cerâmicos têm as vantagens de alta condutividade térmica, boa resistência ao calor, alta resistência mecânica e baixo coeficiente de expansão térmica, e são os materiais de substrato comuns para embalagens de dispositivos semicondutores de potência.
Em termos de estrutura e processo de fabricação, os substratos cerâmicos são classificados em 5 tipos.
Substratos cerâmicos multicamadas co-cozidos de alta temperatura (HTCC)
Substratos cerâmicos co-cozidos a baixa temperatura (LTCC)
Substratos cerâmicos de filme espesso (TFC)
Substratos Cerâmicos de Cobre Ligados Diretos (DBC)
Substratos cerâmicos de cobre banhados diretamente (DPC)
Diferentes Processos de Produção
O substrato cerâmico de Cobre Ligado Direto (DBC) é produzido pela adição de oxigênio entre cobre e cerâmica para obter uma solução eutética de Cu-O entre 1065 ~ 1083 ℃, seguida pela reação para obter a fase intermediária (CuAlO2 ou CuAl2O4), realizando assim a combinação metalúrgica química de placa de Cu e substrato cerâmico e, finalmente, realizando a preparação gráfica pela tecnologia de litografia para formar o circuito.
O coeficiente de expansão térmica do substrato DBC é muito próximo ao dos materiais epitaxiais de LED, o que pode reduzir significativamente o estresse térmico gerado entre o chip e o substrato.
O substrato cerâmico de Cobre Chapeado Direto (DPC) é feito por pulverização catódica de uma camada de cobre no substrato cerâmico, em seguida, expondo, gravado, desfilmado e, finalmente, aumentando a espessura da linha de cobre por galvanoplastia ou revestimento químico, após a remoção do fotorresistente, o linha metalizada é concluída.
Diferentes vantagens e desvantagens
Vantagens do substrato cerâmico DBC
Como a folha de cobre tem boa condutividade elétrica e térmica, o DBC tem as vantagens de boa condutividade térmica, bom isolamento, alta confiabilidade e tem sido amplamente utilizado em pacotes IGBT, LD e CPV. Especialmente devido à folha de cobre mais espessa (100~600μm), tem vantagens óbvias no campo de embalagens IGBT e LD.
Desvantagens do Substrato de Cerâmica DBC
O processo de produção emprega uma reação eutética entre Cu e Al2O3 em altas temperaturas, o que requer um alto nível de equipamentos de produção e controle de processo, tornando o custo alto.
Devido à fácil geração de microporosidade entre a camada de Al2O3 e Cu, que reduz a resistência ao choque térmico do produto, essas desvantagens tornam-se o gargalo da promoção do substrato DBC.
Vantagens do substrato cerâmico DPC
É utilizado o processo de baixa temperatura (abaixo de 300°C), que evita completamente os efeitos adversos da alta temperatura no material ou na estrutura da linha, além de reduzir o custo do processo de fabricação.
O uso de filme fino e tecnologia de fotolitografia, de modo que o substrato na linha de metal mais fino, de modo que o substrato DPC é ideal para o alinhamento de requisitos de alta precisão para a embalagem de dispositivos eletrônicos.
Desvantagens do substrato cerâmico DPC
Espessura limitada da camada de cobre depositada galvanizada e alta poluição da solução de resíduos de galvanoplastia.
A força de união entre a camada de metal e a cerâmica é baixa e a confiabilidade do produto é baixa quando aplicado.
