Za elektronsko embalažo imajo keramične podlage ključno vlogo pri povezovanju notranjih in zunanjih kanalov za odvajanje toplote, kot tudi pri električni povezavi in mehanski podpori. Prednosti keramičnih substratov so visoka toplotna prevodnost, dobra toplotna odpornost, visoka mehanska trdnost in nizek koeficient toplotnega raztezanja ter so običajni substratni materiali za pakiranje močnostnih polprevodniških naprav.
Keramične podlage glede na strukturo in postopek izdelave delimo na 5 vrst.
Visokotemperaturne sožgane večplastne keramične podlage (HTCC)
Nizkotemperaturne sožgane keramične podlage (LTCC)
Debeloslojni keramični substrati (TFC)
Neposredno vezane bakrene keramične podlage (DBC)
Neposredno prevlečeni bakreni keramični substrati (DPC)
Različni proizvodni procesi
Keramični substrat Direct Bonded Copper (DBC) se proizvaja z dodajanjem kisika med baker in keramiko, da se pridobi evtektična raztopina Cu-O med 1065~1083 ℃, čemur sledi reakcija, da se pridobi vmesna faza (CuAlO2 ali CuAl2O4), s čimer se uresniči kemično metalurška kombinacija bakrene plošče in keramične podlage, nato pa končno realizirati grafično pripravo s tehnologijo litografije za oblikovanje vezja.
Koeficient toplotnega raztezanja substrata DBC je zelo blizu koeficientu epitaksialnih materialov LED, kar lahko znatno zmanjša toplotno napetost, ki nastane med čipom in substratom.
Keramični substrat Direct Plated Copper (DPC) je izdelan z naprševanjem bakrene plasti na keramični substrat, nato osvetlitvijo, jedkanjem, odstranjevanjem filma in končno povečanjem debeline bakrene črte z galvanizacijo ali kemično prevleko, po odstranitvi fotorezista, metalizirana linija je končana.
Različne prednosti in slabosti
Prednosti DBC keramičnega substrata
Ker ima bakrena folija dobro električno in toplotno prevodnost, ima DBC prednosti dobre toplotne prevodnosti, dobre izolacije, visoke zanesljivosti in se pogosto uporablja v paketih IGBT, LD in CPV. Zlasti zaradi debelejše bakrene folije (100~600μm) ima očitne prednosti na področju IGBT in LD embalaže.
Slabosti keramičnega substrata DBC
Proizvodni proces uporablja evtektično reakcijo med Cu in Al2O3 pri visokih temperaturah, kar zahteva visoko raven proizvodne opreme in nadzora procesa, zaradi česar so stroški visoki.
Zaradi lahkega ustvarjanja mikroporoznosti med plastjo Al2O3 in Cu, ki zmanjša odpornost izdelka na toplotne udarce, postanejo te pomanjkljivosti ozko grlo promocije substrata DBC.
Prednosti DPC keramične podlage
Uporabljen je nizkotemperaturni postopek (pod 300°C), s katerim se popolnoma izognemo škodljivim vplivom visoke temperature na material ali strukturo linije, poleg tega pa znižamo stroške proizvodnega procesa.
Uporaba tehnologije tankega filma in fotolitografije, tako da je substrat na kovinski liniji tanjši, zato je substrat DPC idealen za poravnavo zahtev visoke natančnosti za embalažo elektronskih naprav.
Slabosti keramične podlage DPC
Omejena debelina galvansko nanesene bakrene plasti in visoko onesnaženje odpadne raztopine galvanizacije.
Trdnost lepljenja med kovinsko plastjo in keramiko je nizka, zanesljivost izdelka pa je nizka pri nanosu.
