Đối với bao bì điện tử, chất nền gốm đóng một vai trò quan trọng trong việc kết nối các kênh tản nhiệt bên trong và bên ngoài, cũng như cả kết nối điện và hỗ trợ cơ học. Chất nền gốm có ưu điểm là dẫn nhiệt cao, chịu nhiệt tốt, độ bền cơ học cao và hệ số giãn nở nhiệt thấp, là vật liệu nền phổ biến để đóng gói thiết bị bán dẫn điện.
Về cấu tạo và quy trình sản xuất, chất nền gốm được phân thành 5 loại.
Chất nền gốm nhiều lớp đồng nung nhiệt độ cao (HTCC)
Vật liệu nền bằng gốm đồng nung ở nhiệt độ thấp (LTCC)
Chất nền gốm sứ màng dày (TFC)
Chất nền gốm đồng liên kết trực tiếp (DBC)
Chất nền gốm đồng mạ trực tiếp (DPC)
Quy trình sản xuất khác nhau
Chất nền gốm bằng đồng liên kết trực tiếp (DBC) được sản xuất bằng cách thêm oxy giữa đồng và gốm để thu được dung dịch eutectic Cu-O trong khoảng 1065 ~ 1083℃, sau đó là phản ứng để thu được pha trung gian (CuAlO2 hoặc CuAl2O4), do đó nhận ra sự kết hợp luyện kim hóa học của tấm Cu và đế gốm, sau đó cuối cùng thực hiện việc chuẩn bị đồ họa bằng công nghệ in thạch bản để tạo thành mạch.
Hệ số giãn nở nhiệt của đế DBC rất gần với hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu epiticular LED, có thể làm giảm đáng kể ứng suất nhiệt sinh ra giữa chip và đế.
Chất nền gốm được mạ đồng trực tiếp (DPC) được tạo ra bằng cách phún xạ một lớp đồng trên chất nền gốm, sau đó phơi sáng, khắc, khử màng và cuối cùng là tăng độ dày của đường đồng bằng cách mạ điện hoặc mạ hóa học, sau khi loại bỏ chất cản quang, dây chuyền kim loại hóa được hoàn thành.
Ưu điểm và nhược điểm khác nhau
Ưu điểm của chất nền gốm DBC
Vì lá đồng có tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt nên DBC có ưu điểm là dẫn nhiệt tốt, cách nhiệt tốt, độ tin cậy cao và đã được sử dụng rộng rãi trong các gói IGBT, LD và CPV. Đặc biệt là do lá đồng dày hơn (100~600μm), nó có lợi thế rõ ràng trong lĩnh vực đóng gói IGBT và LD.
Nhược điểm của Chất nền gốm DBC
Quy trình sản xuất sử dụng phản ứng eutectic giữa Cu và Al2O3 ở nhiệt độ cao, đòi hỏi trình độ thiết bị sản xuất và kiểm soát quy trình cao nên giá thành cao.
Do dễ tạo ra các vi xốp giữa lớp Al2O3 và Cu, làm giảm khả năng chống sốc nhiệt của sản phẩm, những nhược điểm này trở thành nút cổ chai trong việc thúc đẩy chất nền DBC.
Ưu điểm của Chất nền gốm sứ DPC
Quy trình nhiệt độ thấp (dưới 300°C) được sử dụng, giúp tránh hoàn toàn các tác động bất lợi của nhiệt độ cao đối với vật liệu hoặc cấu trúc dây chuyền, đồng thời giảm chi phí của quy trình sản xuất.
Việc sử dụng màng mỏng và công nghệ quang khắc, để chất nền trên đường kim loại mịn hơn, vì vậy chất nền DPC là lý tưởng cho việc căn chỉnh các yêu cầu độ chính xác cao đối với việc đóng gói các thiết bị điện tử.
Nhược điểm của chất nền gốm DPC
Độ dày hạn chế của lớp đồng lắng đọng mạ điện và độ ô nhiễm cao của dung dịch chất thải mạ điện.
Độ bền liên kết giữa lớp kim loại và gốm kém, độ bền của sản phẩm khi dán thấp.
