对于电子封装,陶瓷基板在连接内部和外部散热通道以及电气互连和机械支撑方面起着关键作用。陶瓷基板具有导热系数高、耐热性好、机械强度高、热膨胀系数低等优点,是功率半导体器件封装常用的基板材料。
就结构和制造工艺而言,陶瓷基板分为5种类型。
高温共烧多层陶瓷基板 (HTCC)
低温共烧陶瓷基板 (LTCC)
厚膜陶瓷基板 (TFC)
直接键合铜陶瓷基板 (DBC)
直接镀铜陶瓷基板 (DPC)
不同的生产过程
直接键合铜(DBC)陶瓷基板是通过在铜和陶瓷之间加入氧,在1065~1083℃之间得到Cu-O共晶溶液,然后反应得到中间相(CuAlO2或CuAl2O4),从而实现化学冶金结合Cu板和陶瓷基板,最后通过光刻技术实现图形制备,形成电路。
DBC衬底的热膨胀系数与LED外延材料非常接近,可以显着降低芯片与衬底之间产生的热应力。
直接镀铜(Direct Plated Copper,DPC)陶瓷基板是在陶瓷基板上溅射一层铜,然后曝光、蚀刻、去膜,最后通过电镀或化学镀增加铜线的厚度,去除光刻胶后,金属化线完成。
不同的优点和缺点
DBC陶瓷基板的优点
由于铜箔具有良好的导电性和导热性,DBC具有导热性好、绝缘性好、可靠性高等优点,在IGBT、LD、CPV封装中得到广泛应用。特别是由于铜箔较厚(100~600μm),在IGBT和LD封装领域优势明显。
DBC 陶瓷基板的缺点
生产过程采用Cu与Al2O3在高温下发生共晶反应,对生产设备和工艺控制要求高,成本高。
由于Al2O3与Cu层之间容易产生微孔,降低了产品的抗热震性能,这些缺点成为DBC基板推广的瓶颈。
DPC 陶瓷基板的优点
采用低温工艺(300℃以下),完全避免了高温对材料或线路结构的不利影响,也降低了制造工艺的成本。
采用薄膜和光刻技术,使基板上的金属线路更精细,因此DPC基板非常适合对位精度要求高的电子器件封装。
DPC陶瓷基板的缺点
电镀沉积铜层厚度有限,电镀废液污染严重。
金属层与陶瓷的结合强度低,产品应用时的可靠性低。