Pre elektronické obaly zohrávajú keramické substráty kľúčovú úlohu pri spájaní vnútorných a vonkajších kanálov na odvádzanie tepla, ako aj pri elektrickom prepojení a mechanickej podpore. Keramické substráty majú výhody vysokej tepelnej vodivosti, dobrej tepelnej odolnosti, vysokej mechanickej pevnosti a nízkeho koeficientu tepelnej rozťažnosti a sú bežnými substrátovými materiálmi pre balenie výkonových polovodičových zariadení.
Z hľadiska štruktúry a výrobného procesu sú keramické substráty rozdelené do 5 typov.
Vysokoteplotné spoluvypaľované viacvrstvové keramické substráty (HTCC)
Nízkoteplotné spoluvypaľované keramické substráty (LTCC)
Hrubé filmové keramické substráty (TFC)
Priame lepené medené keramické substráty (DBC)
Priame pokovované medené keramické substráty (DPC)
Rôzne výrobné procesy
Keramický substrát Direct Bonded Copper (DBC) sa vyrába pridaním kyslíka medzi meď a keramiku, aby sa získal eutektický roztok Cu-O medzi 1065~1083℃, po ktorom nasleduje reakcia na získanie medzifázy (CuAlO2 alebo CuAl2O4), čím sa realizuje chemicko-metalurgická kombinácia. Cu platne a keramického substrátu a následne realizácia grafickej prípravy technológiou litografie na vytvorenie obvodu.
Koeficient tepelnej rozťažnosti substrátu DBC je veľmi blízky koeficientu epitaxných materiálov LED, čo môže výrazne znížiť tepelné napätie vznikajúce medzi čipom a substrátom.
Keramický substrát Direct Plated Copper (DPC) sa vyrába naprašovaním medenej vrstvy na keramický substrát, potom sa po odstránení fotorezistu exponuje, vyleptá, odfilmuje a nakoniec sa zväčší hrúbka medenej línie galvanickým alebo chemickým pokovovaním. metalizovaná linka je dokončená.
Rôzne výhody a nevýhody
Výhody keramického substrátu DBC
Keďže medená fólia má dobrú elektrickú a tepelnú vodivosť, DBC má výhody dobrej tepelnej vodivosti, dobrej izolácie, vysokej spoľahlivosti a široko sa používa v obaloch IGBT, LD a CPV. Najmä vďaka hrubšej medenej fólii (100~600μm) má zjavné výhody v oblasti IGBT a LD balenia.
Nevýhody keramického substrátu DBC
Výrobný proces využíva eutektickú reakciu medzi Cu a Al2O3 pri vysokých teplotách, čo si vyžaduje vysokú úroveň výrobného zariadenia a riadenia procesu, čím sú náklady vysoké.
Vďaka ľahkej tvorbe mikropórovitosti medzi vrstvou Al2O3 a Cu, ktorá znižuje odolnosť produktu voči teplotným šokom, sa tieto nevýhody stávajú prekážkou propagácie substrátu DBC.
Výhody keramického substrátu DPC
Používa sa nízkoteplotný proces (pod 300°C), ktorý úplne zabraňuje nepriaznivým vplyvom vysokej teploty na materiál alebo štruktúru linky a tiež znižuje náklady na výrobný proces.
Použitie tenkovrstvovej a fotolitografickej technológie, takže substrát na kovovej línii je jemnejší, takže substrát DPC je ideálny na zosúladenie požiadaviek na vysokú presnosť pri balení elektronických zariadení.
Nevýhody keramického substrátu DPC
Obmedzená hrúbka galvanicky nanesenej medenej vrstvy a vysoké znečistenie roztoku galvanického odpadu.
Pevnosť spojenia medzi kovovou vrstvou a keramikou je nízka a spoľahlivosť produktu je pri aplikácii nízka.
