Technologie zur Vorbereitung von Keramiksubstraten
Entsprechend der Packungsstruktur und den Anwendungsanforderungen können Keramiksubstrate in zwei Kategorien eingeteilt werden: planare Keramiksubstrate und dreidimensionale Keramiksubstrate.
Und nach unterschiedlichen Herstellungsprinzipien und -prozessen können flache Keramiksubstrate in Dünnschicht-Keramiksubstrate (TFC), Dickschicht-gedruckte Keramiksubstrate (TPC), direkt gebondete Kupferkeramiksubstrate (DBC), aktivmetallgeschweißte Keramiksubstrate ( AMB), direkt galvanisiertes Kupferkeramiksubstrat (DPC) und laseraktiviertes Metallkeramiksubstrat (LAM) usw.
1. Dünnfilm-Keramiksubstrat (TFC)
TFC verwendet Dünnschichtprozesse wie Magnetron-Sputtern, Vakuumverdampfung und elektrochemische Abscheidung, um Metallschichten auf der Oberfläche von Keramiksubstraten zu bilden, und bildet dann spezifische Metallmuster durch Prozesse wie Maskieren und Ätzen.
Das Verfahren hat eine niedrige Arbeitstemperatur, eine hohe Verdrahtungspräzision, eine kontrollierbare Metallschichtdicke und eine hohe Bindungsfestigkeit zwischen Metallkeramiken. Zu den in der Dünnschichttechnik gebräuchlichen keramischen Substratmaterialien zählen vor allem Al2O3, AlN und BeO.
Dünnfilm-Keramiksubstrate werden hauptsächlich in Geräteverpackungen mit niedrigem Strom, geringer Größe, hohen Anforderungen an die Wärmeableitung und hohen Anforderungen an die Verdrahtungsgenauigkeit verwendet.
2. Dickschichtdruckkeramiksubstrat (TPC)
TPC verwendet das Siebdruckverfahren zum Drucken der Metallverdrahtungsschicht, der Herstellungsprozess ist einfach, die Anforderungen an die Verarbeitungsausrüstung und die Umgebung sind gering und es hat die Vorteile einer hohen Produktionseffizienz und niedrigen Herstellungskosten.
Aufgrund der Beschränkungen des Siebdruckverfahrens können mit dem TFC-Substrat jedoch keine hochpräzisen Schaltungen erhalten werden. Um die Sintertemperatur zu verringern und die Bindungsfestigkeit der Metallschicht und des Keramiksubstrats zu verbessern, wird der Metallpaste außerdem üblicherweise eine kleine Menge Glasphase zugesetzt, was unvermeidlich die elektrische und thermische Leitfähigkeit der Metallverdrahtung verringert Schichten.
Daher werden mit Dickfilm bedruckte Keramiksubstrate nur in Verpackungen für elektronische Geräte verwendet, die keine hohe Schaltungsgenauigkeit erfordern, wie z. B. elektronische Verpackungen für Kraftfahrzeuge.
3. Direkt gebondetes Kupfer-Keramik-Substrat (DBC)
Das DBC-Keramiksubstrat wird in sauerstoffhaltigem Stickstoff bei einer hohen Temperatur über 1000 Grad erhitzt, so dass die Kupferfolie und das Keramiksubstrat durch eutektische Bindung fest miteinander verbunden werden, was eine hohe Bindungsfestigkeit und gute Wärmeleitfähigkeit aufweist. und thermische Stabilität.
Weit verbreitet in der Isolierung von Bipolardioden, Lasern, der Fokussierung von Photovoltaik und anderen Geräteverpackungen und Wärmeableitung.
4. Aktivmetallgebundenes Keramiksubstrat (AMB)
Das AMB-Keramiksubstrat ist eine Weiterentwicklung des DBC-Verfahrens. Dieses Verfahren realisiert die Verbindung zwischen dem Keramiksubstrat und der Kupferfolie durch das Lötmittel, das eine geringe Menge an Seltenerdelementen enthält, und weist eine hohe Bindungsfestigkeit und eine gute Zuverlässigkeit auf. Im Vergleich zum DBC-Verfahren hat dieses Verfahren eine niedrigere Bondtemperatur und ist einfacher zu handhaben.
Der Ablauf des Vorbereitungsprozesses ist wie folgt:
5. Direktes Galvanisieren von Kupferkeramiksubstraten (DPC)
Das DPC-Keramiksubstrat verwendet einen Laser, um Löcher auf dem Keramiksubstrat zu stanzen, verwendet einen Halbleiterprozess, um eine Cu-Keimschicht auf dem Keramiksubstrat abzuscheiden, und füllt die Löcher durch einen Galvanisierungsprozess, um die Metallschicht zu verdicken. Dieses Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Schaltungspräzision und eine niedrige Vorbereitungstemperatur aus.
Dieser Prozess ermöglicht die vertikale Verbindung von Keramiksubstraten zur Erhöhung der Packungsdichte. Der Nachteil besteht darin, dass die metallische Schaltungsschicht durch das Elektroplattierungsverfahren hergestellt wird, das die Umwelt verschmutzt, die Galvanisierungswachstumsrate gering ist, die Dicke der Schaltungsschicht begrenzt ist und es schwierig ist, die Verpackungsanforderungen für Hochstromleistung zu erfüllen Geräte. DPC-Keramiksubstrate werden hauptsächlich in Hochleistungs-LED-Gehäusen verwendet.
Der Ablauf des Vorbereitungsprozesses ist wie folgt:
6. Laseraktiviertes Cermet-Substrat (LAM)
Das LAM-Keramiksubstrat wird durch einen Laserstrahl erhitzt, um die zu metallisierende Oberfläche des Keramiksubstrats zu aktivieren, und dann wird eine metallisierte Verdrahtung durch Elektroplattieren oder stromloses Plattieren gebildet.
Dieser Prozess erfordert keine Mikrobearbeitungsprozesse wie Fotolithografie, Entwicklung und Ätzen. Die Schaltungsschicht wird durch direktes Laserschreiben vorbereitet, und die Linienbreite wird durch den Laserpunkt mit hoher Präzision bestimmt. Die Schaltungsschicht kann auf der Oberfläche von dreidimensionalen Strukturkeramiken hergestellt werden, wodurch die traditionellen flachen Keramiken durchbrochen werden. Begrenzt durch die Metallisierung des Substrats ist die Haftfestigkeit zwischen der Metallschicht und dem Keramiksubstrat hoch, die Oberfläche der Schaltungsschicht ist flach und die Rauhigkeit liegt im Nanometerbereich.
Es ist jedoch schwierig in Massenproduktion herzustellen und der Preis ist extrem hoch, und es wird derzeit hauptsächlich in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.