Pentru ambalajele electronice, substraturile ceramice joacă un rol cheie în conectarea canalelor interne și externe de disipare a căldurii, precum și în interconectarea electrică și suportul mecanic. Substraturile ceramice au avantajele conductivității termice ridicate, rezistenței bune la căldură, rezistenței mecanice ridicate și coeficientului scăzut de dilatare termică și sunt materialele substrat comune pentru ambalarea dispozitivelor semiconductoare de putere.
În ceea ce privește structura și procesul de fabricație, substraturile ceramice sunt clasificate în 5 tipuri.
Substraturi ceramice multistrat la temperatură ridicată (HTCC)
Substraturi ceramice coarse la temperatură joasă (LTCC)
Substraturi ceramice cu film gros (TFC)
Substraturi ceramice cu cupru lipite direct (DBC)
Substraturi ceramice din cupru placate direct (DPC)
Diferite procese de producție
Substratul ceramic de cupru liant direct (DBC) este produs prin adăugarea de oxigen între cupru și ceramică pentru a obține o soluție eutectică Cu-O între 1065~1083℃, urmată de reacția pentru a obține o fază intermediară (CuAlO2 sau CuAl2O4), realizând astfel combinația metalurgică chimică a plăcii de Cu și a substratului ceramic, iar apoi realizându-se în final pregătirea grafică prin tehnologia litografiei pentru a forma circuitul.
Coeficientul de dilatare termică al substratului DBC este foarte apropiat de cel al materialelor epitaxiale LED, ceea ce poate reduce semnificativ stresul termic generat între cip și substrat.
Substratul ceramic de cupru placat direct (DPC) este realizat prin pulverizarea unui strat de cupru pe substratul ceramic, apoi expunerea, gravarea, de-filmarea și, în final, creșterea grosimii liniei de cupru prin galvanizare sau placare chimică, după îndepărtarea fotorezistului, linia metalizată este finalizată.
Diferite avantaje și dezavantaje
Avantajele substratului ceramic DBC
Deoarece folia de cupru are o conductivitate electrică și termică bună, DBC are avantajele unei bune conductivitate termică, izolație bună, fiabilitate ridicată și a fost utilizat pe scară largă în pachetele IGBT, LD și CPV. În special datorită foliei de cupru mai groase (100~600μm), are avantaje evidente în domeniul ambalajelor IGBT și LD.
Dezavantajele substratului ceramic DBC
Procesul de producție folosește o reacție eutectică între Cu și Al2O3 la temperaturi ridicate, ceea ce necesită un nivel ridicat de echipament de producție și control al procesului, făcând astfel costul ridicat.
Datorită generării ușoare a microporozității între stratul de Al2O3 și Cu, care reduce rezistența la șocul termic a produsului, aceste dezavantaje devin blocajul promovării substratului DBC.
Avantajele substratului DPC ceramic
Este utilizat procesul de temperatură scăzută (sub 300°C), care evită complet efectele adverse ale temperaturii ridicate asupra materialului sau structurii liniei și, de asemenea, reduce costul procesului de fabricație.
Utilizarea filmului subțire și a tehnologiei fotolitografice, astfel încât substratul de pe linia metalică mai fin, astfel încât substratul DPC este ideal pentru alinierea cerințelor de înaltă precizie pentru ambalarea dispozitivelor electronice.
Dezavantajele substratului ceramic DPC
Grosimea limitată a stratului de cupru depus galvanizat și poluarea ridicată a soluției reziduale de galvanizare.
Rezistența de aderență între stratul de metal și ceramică este scăzută, iar fiabilitatea produsului este scăzută atunci când este aplicat.
