สำหรับบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ พื้นผิวเซรามิกมีบทบาทสำคัญในการเชื่อมต่อช่องกระจายความร้อนภายในและภายนอก เช่นเดียวกับการเชื่อมต่อระหว่างกันทางไฟฟ้าและการสนับสนุนเชิงกล พื้นผิวเซรามิกมีข้อดีของการนำความร้อนสูง ทนความร้อนได้ดี ความแข็งแรงเชิงกลสูง และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ และเป็นวัสดุพื้นผิวทั่วไปสำหรับบรรจุภัณฑ์อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลัง
ในแง่ของโครงสร้างและกระบวนการผลิต พื้นผิวเซรามิกแบ่งออกเป็น 5 ประเภท
พื้นผิวเซรามิกหลายชั้นยิงร่วมอุณหภูมิสูง (HTCC)
พื้นผิวเซรามิกยิงร่วมอุณหภูมิต่ำ (LTCC)
พื้นผิวเซรามิกฟิล์มหนา (TFC)
พื้นผิวเซรามิกทองแดงผูกมัดโดยตรง (DBC)
พื้นผิวเซรามิกทองแดงชุบโดยตรง (DPC)
กระบวนการผลิตที่แตกต่างกัน
สารตั้งต้นเซรามิกทองแดงพันธะโดยตรง (DBC) ผลิตขึ้นโดยการเติมออกซิเจนระหว่างทองแดงและเซรามิกเพื่อให้ได้สารละลายยูเทคติก Cu-O ระหว่าง 1,065 ~ 1,083 ℃ ตามด้วยปฏิกิริยาเพื่อให้ได้เฟสระหว่างกลาง (CuAlO2 หรือ CuAl2O4) จึงทำให้เกิดการผสมผสานทางโลหะวิทยาทางเคมี ของแผ่น Cu และพื้นผิวเซรามิก และสุดท้ายก็ตระหนักถึงการเตรียมกราฟิกด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์หินเพื่อสร้างวงจร
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของวัสดุพิมพ์ DBC นั้นใกล้เคียงกับวัสดุ LED epitaxial มาก ซึ่งสามารถลดความเครียดจากความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างชิปและวัสดุพิมพ์ได้อย่างมาก
พื้นผิวเซรามิกชุบทองแดงโดยตรง (DPC) ทำโดยการสปัตเตอร์ชั้นทองแดงบนพื้นผิวเซรามิก จากนั้นเผย แกะสลัก ลบฟิล์ม และสุดท้ายเพิ่มความหนาของเส้นทองแดงด้วยการชุบด้วยไฟฟ้าหรือการชุบด้วยสารเคมี หลังจากถอดโฟโตเรสซิสต์ออกแล้ว เส้นเมตัลไลซ์เสร็จเรียบร้อยแล้ว
ข้อดีข้อเสียต่างกัน
ข้อดีของพื้นผิวเซรามิก DBC
เนื่องจากฟอยล์ทองแดงมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดี DBC จึงมีข้อดีของการนำความร้อนที่ดี ความเป็นฉนวนที่ดี ความน่าเชื่อถือสูง และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในบรรจุภัณฑ์ IGBT, LD และ CPV โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากฟอยล์ทองแดงหนากว่า (100~600μm) ทำให้มีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในด้านบรรจุภัณฑ์ IGBT และ LD
ข้อเสียของพื้นผิวเซรามิก DBC
กระบวนการผลิตใช้ปฏิกิริยายูเทคติกระหว่าง Cu และ Al2O3 ที่อุณหภูมิสูง ซึ่งต้องใช้อุปกรณ์การผลิตและการควบคุมกระบวนการในระดับสูง จึงทำให้ต้นทุนสูง
เนื่องจากการเกิดรูพรุนขนาดเล็กระหว่างชั้น Al2O3 และ Cu ได้ง่าย ซึ่งช่วยลดการต้านทานแรงกระแทกจากความร้อนของผลิตภัณฑ์ ข้อเสียเหล่านี้กลายเป็นปัญหาคอขวดของการส่งเสริมซับสเตรต DBC
ข้อดีของพื้นผิวเซรามิก DPC
มีการใช้กระบวนการอุณหภูมิต่ำ (ต่ำกว่า 300°C) ซึ่งหลีกเลี่ยงผลกระทบด้านลบของอุณหภูมิสูงต่อวัสดุหรือโครงสร้างสายงานได้อย่างสมบูรณ์ และยังช่วยลดต้นทุนของกระบวนการผลิต
การใช้ฟิล์มบางและเทคโนโลยี photolithography เพื่อให้พื้นผิวบนเส้นโลหะละเอียดขึ้น ดังนั้นพื้นผิว DPC จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการจัดตำแหน่งที่ต้องการความแม่นยำสูงสำหรับบรรจุภัณฑ์ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
ข้อเสียของพื้นผิวเซรามิก DPC
ความหนาที่จำกัดของชั้นทองแดงที่เคลือบด้วยไฟฟ้าและมลพิษสูงของสารละลายของเสียจากการชุบด้วยไฟฟ้า
แรงยึดเกาะระหว่างชั้นโลหะและเซรามิกต่ำ และความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์ต่ำเมื่อใช้
