För elektronisk förpackning spelar keramiska substrat en nyckelroll för att ansluta de interna och externa värmeavledningskanalerna, såväl som både elektrisk sammankoppling och mekaniskt stöd. Keramiska substrat har fördelarna med hög värmeledningsförmåga, god värmebeständighet, hög mekanisk hållfasthet och låg värmeutvidgningskoefficient, och de är de vanliga substratmaterialen för förpackning av krafthalvledarenheter.
När det gäller struktur och tillverkningsprocess klassificeras keramiska substrat i 5 typer.
Högtemperatursameldade flerskiktskeramiska substrat (HTCC)
Lågtemperatursameldade keramiska substrat (LTCC)
Tjockfilmkeramiska substrat (TFC)
Direktbundna kopparkeramiska substrat (DBC)
Direktpläterade kopparkeramiska substrat (DPC)
Olika produktionsprocesser
Direct Bonded Copper (DBC) keramiskt substrat framställs genom att tillsätta syre mellan koppar och keramik för att erhålla Cu-O eutektisk lösning mellan 1065~1083 ℃, följt av reaktionen för att erhålla mellanfas (CuAlO2 eller CuAl2O4), vilket förverkligar den kemiska metallurgiska kombinationen av Cu-platta och keramiskt substrat, och sedan slutligen förverkliga den grafiska förberedelsen med litografiteknik för att bilda kretsen.
Den termiska expansionskoefficienten för DBC-substratet är mycket nära den för LED-epitaxialmaterial, vilket avsevärt kan minska den termiska spänningen som genereras mellan chipet och substratet.
Direct Plated Copper (DPC) keramiskt substrat tillverkas genom att förstofta ett kopparskikt på det keramiska substratet, sedan exponera, etsa, avfilma och slutligen öka tjockleken på kopparlinjen genom galvanisering eller kemisk plätering, efter att fotoresisten tagits bort, metalliserad linje är klar.
Olika fördelar och nackdelar
Fördelar med DBC Keramiskt substrat
Eftersom kopparfolie har god elektrisk och termisk ledningsförmåga, har DBC fördelarna med god värmeledningsförmåga, bra isolering, hög tillförlitlighet och har använts i stor utsträckning i IGBT-, LD- och CPV-paket. Speciellt på grund av den tjockare kopparfolien (100~600μm) har den uppenbara fördelar inom området IGBT och LD-förpackningar.
Nackdelar med DBC keramiskt substrat
Produktionsprocessen använder en eutektisk reaktion mellan Cu och Al2O3 vid höga temperaturer, vilket kräver en hög nivå av produktionsutrustning och processkontroll, vilket gör kostnaderna höga.
På grund av den lätta genereringen av mikroporositet mellan Al2O3- och Cu-skiktet, vilket minskar produktens värmechockbeständighet, blir dessa nackdelar flaskhalsen för främjande av DBC-substrat.
Fördelar med DPC keramiskt substrat
Lågtemperaturprocessen (under 300°C) används, vilket helt undviker de negativa effekterna av hög temperatur på materialet eller linjestrukturen och minskar också kostnaden för tillverkningsprocessen.
Användningen av tunnfilm och fotolitografiteknik, så att substratet på metalllinjen finare, så DPC-substratet är idealiskt för anpassningen av höga precisionskrav för förpackning av elektroniska enheter.
Nackdelar med DPC Keramiskt substrat
Begränsad tjocklek på det elektropläterade avsatta kopparskiktet och hög förorening av galvaniseringsavfallslösningen.
Bindningshållfastheten mellan metallskiktet och keramiken är låg, och produktens tillförlitlighet är låg vid applicering.
