對於電子封裝,陶瓷基板在連接內部和外部散熱通道以及電氣互連和機械支撐方面起著關鍵作用。陶瓷基板具有導熱係數高、耐熱性好、機械強度高、熱膨脹係數低等優點,是功率半導體器件封裝常用的基板材料。
就結構和製造工藝而言,陶瓷基板分為5種類型。
高溫共燒多層陶瓷基板 (HTCC)
低溫共燒陶瓷基板 (LTCC)
厚膜陶瓷基板 (TFC)
直接鍵合銅陶瓷基板 (DBC)
直接鍍銅陶瓷基板 (DPC)
不同的生產過程
直接鍵合銅(DBC)陶瓷基板是通過在銅和陶瓷之間加入氧,在1065~1083℃之間得到Cu-O共晶溶液,然後反應得到中間相(CuAlO2或CuAl2O4),從而實現化學冶金結合Cu板和陶瓷基板,最後通過光刻技術實現圖形製備,形成電路。
DBC襯底的熱膨脹係數與LED外延材料非常接近,可以顯著降低芯片與襯底之間產生的熱應力。
直接鍍銅(Direct Plated Copper,DPC)陶瓷基板是在陶瓷基板上濺射一層銅,然後曝光、蝕刻、去膜,最後通過電鍍或化學鍍增加銅線的厚度,去除光刻膠後,金屬化線完成。
不同的優點和缺點
DBC陶瓷基板的優點
由於銅箔具有良好的導電性和導熱性,DBC具有導熱性好、絕緣性好、可靠性高等優點,在IGBT、LD、CPV封裝中得到廣泛應用。特別是由於銅箔較厚(100~600μm),在IGBT和LD封裝領域優勢明顯。
DBC 陶瓷基板的缺點
生產過程採用Cu與Al2O3在高溫下發生共晶反應,對生產設備和工藝控制要求高,成本高。
由於Al2O3與Cu層之間容易產生微孔,降低了產品的抗熱震性能,這些缺點成為DBC基板推廣的瓶頸。
DPC 陶瓷基板的優點
採用低溫工藝(300℃以下),完全避免了高溫對材料或線路結構的不利影響,也降低了製造工藝的成本。
採用薄膜和光刻技術,使基板上的金屬線路更精細,因此DPC基板非常適合對位精度要求高的電子器件封裝。
DPC陶瓷基板的缺點
電鍍沉積銅層厚度有限,電鍍廢液污染嚴重。
金屬層與陶瓷的結合強度低,產品應用時的可靠性低。