Hoeveel weet je van keramische printplaten?

1De ontwikkeling van keramische printplaten.

The first-generation semiconductor technology represented by silicon (Si) and germanium (Ge) materials is mainly used in the field of data computing and lays the foundation for the microelectronics industry- halfgeleiders van de tweede generatie, vertegenwoordigd door galliumarsenide (GaAs) en indiumfosfide (InP), worden voornamelijk gebruikt op het gebied van communicatie voor de productie van hoogwaardige microgolven,millimetergolf- en lichtemitterende apparatenIn het kader van de voortdurende uitbreiding van de technologische ontwikkeling en de toepassingsbehoeften zijn de beperkingen van beide geleidelijk naar voren gekomen.het moeilijk maken om te voldoen aan de gebruiksvereisten van hoge frequentie, hoge temperatuur, hoog vermogen, hoge energie-efficiëntie, weerstand tegen harde omgevingen, lichtgewicht en miniaturisatie.De halfgeleidermaterialen van de derde generatie zoals siliciumcarbide (SiC) en galliumnitride (GaN) hebben de kenmerken van een grote bandgap, hoge kritische breukspanning, hoge thermische geleidbaarheid en hoge draaiveld van dragerverzadiging.en hebben brede toepassingsmogelijkheden in halfgeleiderverlichting, automobielelektronica, mobiele communicatie van de nieuwe generatie (5G), nieuwe energie en nieuwe energievoertuigen, hogesnelheidsspoorvervoer, consumentenelektronica en andere gebieden.De toepassingsvooruitzichten zullen naar verwachting de knelpunt van de traditionele halfgeleidertechnologie doorbreken., die de halfgeleidertechnologieën van de eerste en tweede generatie aanvullen en een belangrijke toepassingswaarde hebben in opto-elektronica, vermogenselektronica en automobielelektronica,lucht- en ruimtevaartMet de opkomst en toepassing van halfgeleiders van de derde generatie ontwikkelen halfgeleiderapparaten zich geleidelijk in de richting van hoog vermogen, miniaturisatie, integratie en multifunctie.die ook hogere eisen stelt aan de prestaties van verpakkingssubstratenKeramische circuitboards hebben de kenmerken van hoge thermische geleidbaarheid, goede warmtebestandheid, lage thermische uitbreidingscoëfficiënt, hoge mechanische sterkte, goede isolatie,corrosiebestendigheid, stralingsresistentie, enz., en worden veel gebruikt in de verpakking van elektronische apparaten.

2. Technische indeling van keramische schakelplaten Keramische schakelplaten omvatten keramische ondergronden en metalen schakellagen.

Voor elektronische verpakkingen speelt het verpakkingssubstraat een sleutelrol bij het verbinden van de vorige en de volgende verpakkingsmateriaal, het verbinden van interne en externe warmteafvoerkanalen,en functies heeft zoals elektrische interconnectie en mechanische ondersteuningKeramiek heeft de voordelen van een hoge thermische geleidbaarheid, een goede hittebestendigheid, een hoge mechanische sterkte en een lage thermische uitbreidingscoëfficiënt.Het is een veelgebruikt substraatmateriaal voor de verpakking van krachtsemiconductorenVolgens verschillende voorbereidingsprincipes en -processen kunnen de momenteel veelgebruikte keramische substraten worden onderverdeeld in dunne film keramische substraat (TFC), dik gedrukte keramische substraat (TPC),en Direct Bonded Copper Ceramic Substrate (DBC), Direct Plated Copper Ceramic Substrate (DPC), enz.Dit artikel analyseert de fysische eigenschappen van veelgebruikte keramische substraatmaterialen (waaronder Al2O3, AlN, Si3N4, BeO, SiC en BN, enz.), waarbij de nadruk ligt op de introductie van de bereidingsprincipes, processtromen en technische kenmerken van verschillende keramische substraten.

2.1Dunnefilm keramische schakelplaten

een dunnefilmkeramische schakelplaat (TFC), ook bekend als dunnefilmschakelplaat, die over het algemeen een sputteringsproces gebruikt om een metalen laag rechtstreeks op het oppervlak van het keramische substraat te leggen,en gebruikt fotolithografie, ontwikkeling, etsen en andere processen om de metalen laag in schakelingen te vormen... Omdat TFC gebruik maakt van hoge precisie fotoresist als het fotoresist materiaal,in combinatie met fotolithografie en etsenDe onderscheidende eigenschap van TFC is de hoge patroonnauwkeurigheid, zoals lijnbreedte/slitbreedte minder dan 10 μm.met een vermogen van niet meer dan 50 WHet heeft een breed scala aan componentenparameters, hoge precisie en goede temperatuur- en frequentiekarakteristieken.Vanwege de kleine afmetingen, wordt het product voornamelijk gebruikt in kleine stroomapparaten op het gebied van communicatie.de TFC zelf is klein en heeft een hoge samenstellingsdichtheidDaarom zijn er zeer hoge eisen aan precisie en consistentie voor het circuitontwerp, het substrat en het filmpatroon.

2.2 Keramische dikfoliecircuits

Het TPC-substraat kan worden bereid door de metaalslib op het keramische substraat te bedekken door schermdrukken, drogen en sinteren bij hoge temperatuur.Afhankelijk van de viscositeit van de metaalslijm en de grootte van het scherm., is de dikte van de voorbereide metalen schakellaag over het algemeen 10 μm ~ 20 μm.TPC-substraten kunnen geen lijnen van hoge precisie verkrijgen (de minimale lijnbreedte/lijnspacing is over het algemeen groter dan 100 μm)Om de sintertemperatuur te verlagen en de bindsterkte tussen de metalen laag en het keramische substraateen kleine hoeveelheid glasfase wordt gewoonlijk toegevoegd aan de metalen mis, waardoor de elektrische en thermische geleidbaarheid van de metalen laag wordt verminderd.TPC-substraten worden alleen gebruikt in de verpakking van elektronische apparaten (zoals automobielelektronica) die geen hoge eisen hebben aan de nauwkeurigheid van de schakeling.

2.3 Directe binding aan keramisch substraat

Om het DBC-keramische substraat te bereiden, wordt eerst het zuurstofelement tussen de koperen folie (Cu) en het keramische substraat (Al2O3 of AN) geïntroduceerd.en vervolgens wordt de CuO-eutectische fase gevormd bij ongeveer 1065°C (het smeltpunt van metaal koper is 1083°C)De film en de koperen folie reageren om CuAlO2 of Cu ((AO2) 2 te genereren, waardoor een eutectische binding tussen de koperen folie en de keramiek wordt bereikt.Omdat keramiek en koper een goede thermische geleidbaarheid hebben, en de eutectische bindsterkte tussen koperfolie en keramiek is hoog, het DBC-substraat heeft een hoge thermische stabiliteit en is veel gebruikt in geïsoleerde poortbipolaire dioden (GBT),Laser (LD) en gefocuste fotovoltaïsche (CPV) apparaten en andere apparaten worden verpakt voor warmteafvoer. DBC-substraat koperfolie heeft een grote dikte (meestal 100 μm-600 μm), die kan voldoen aan de behoeften van apparaatverpakkingstoepassingen in extreme omgevingen zoals hoge temperatuur en hoge stroom.Hoewel DBC-substraten veel voordelen hebben in praktische toepassingen, moet de eutectictemperatuur en het zuurstofgehalte tijdens het bereidingsproces strikt worden gecontroleerd, wat hoge apparatuur en procescontrole vereist, en de productiekosten zijn ook hoog.Bovendien, is het vanwege de beperking van het dikkoperscherpen onmogelijk om een hoogprecisie-circuitlaag voor te bereiden.oxidatietijd en oxidatietemperatuur zijn de twee belangrijkste parameters. Nadat de koperen folie is gepreoxideerd, kan de bindingsinterface voldoende CuxOy-fase vormen om de Al2O3-keramische en koperen folie te bevochtigen en heeft een hoge bindsterkte;indien de koperen folie niet vooraf is geoxideerd, de CuxOy-wetbaarheid is slecht, en de bindingsinterface zal een groot aantal leegtes en defecten blijven, waardoor de bindsterkte en de thermische geleidbaarheid verminderen.voor de bereiding van DBC-substraten met behulp van AlN-keramiek, moet het keramische substraat voorgeoxideerd worden om eerst een Al2O3-film te vormen en vervolgens met de koperen folie te reageren om een eutecticereactie te produceren.Xie Jianjun en anderen gebruikten DBC-technologie om Cu/Al2O3 en Cu/AlN keramische substraten voor te bereidenDe bindsterkte tussen koperen folie en AlN-keramiek overschreed 8 N/mm. Tussen de koperen folie en AlN bevond zich een overgangslaag met een dikte van 2 μm.De componenten waren voornamelijk Al2O3 en CuAlO2En Cu2O.

2.4 Direct galvaniseren van keramische ondergronden

Het voorbereidingsproces van het DPC-keramische substraat is als volgt: ten eerste wordt een laser gebruikt om door gaten op het keramische substraat te bereiden (openingen zijn over het algemeen 60 μm ~ 120 μm),en dan worden ultrasone golven gebruikt om het keramische substraat te reinigen; magnetron sputtering technologie wordt gebruikt om een metalen zaadlaag op het oppervlak van het keramische substraat te deponeren (Ti/ Cu),vervolgens de productie van de schakellaag door middel van fotolithografie en ontwikkeling te voltooien; gebruik van galvanisering om gaten te vullen en de metalen stroombandlaag te verdikken, en verbeteren van de soldeerbaarheid en oxidatiebestendigheid van het substraat door oppervlaktebehandeling,en ten slotte de droge film verwijderen en de zaadlaag etsen om de voorbereiding van het substraat te voltooienDe voorkant van de DPC-keramische substraatpreparatie maakt gebruik van halfgeleidermicro-verwerkingstechnologie (sputteringcoating, fotolithografie, ontwikkeling, enz.).en de achterkant maakt gebruik van printplaten (PCB) voorbereidingstechnologie (grafisch plating)De technische voordelen zijn duidelijk te zien in de volgende specifieke kenmerken:de metalen circuits op het keramische substraat zijn fijner (de lijnbreedte/lijnspacing kan zo laag zijn als 30μm~50μm, gerelateerd aan de dikte van de schakellaag), zodat het DPC-substraat zeer geschikt is voor toepassingen met hogere vereisten voor de nauwkeurigheid van de uitlijning.(2) Met behulp van laserbooringen en galvaniserende gatvultechnologie om verticale verbinding te bereiken op het bovenste/laagste oppervlak van het keramische substraat, kan een driedimensionale verpakking en integratie van elektronische apparaten worden bereikt en kan het apparaatvolume worden verminderd;(3) Elektroplatering wordt gebruikt om de dikte van de schakellaag te regelen (meestal 10 μm~100 μm), en de oppervlakte ruwheid van de schakellaag wordt verminderd door slijpen om te voldoen aan de verpakking eisen van hoge temperatuur en hoge stroom apparaten;(4) Het laagtemperatuurbereidingsproces (onder de 300°C) voorkomt hogetemperatuurbeschadiging van de substraatmaterialen en negatieve gevolgen voor de metalen schakellagenKortom, het DPC-substraat heeft de kenmerken van een hoge patroonnauwkeurigheid en verticale verbinding en is een ware keramische printplaat.De bindsterkte tussen de metalen schakellaag en het keramische substraat is de sleutel tot de betrouwbaarheid van het DPC-keramische substraatVanwege het grote verschil in thermische uitbreidingscoëfficiënt tussen metaal en keramiek, om de spanningen op de interface te verminderen, wordt de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning.het is noodzakelijk om een overgangslaag toe te voegen tussen de koperlaag en de keramischeAangezien de bindingskracht tussen de overgangslaag en de keramiek hoofdzakelijk is gebaseerd op diffusie-adhesie en chemische binding,metalen met een hogere activiteit en een goede diffusiviteit, zoals Ti, Cr en Ni worden vaak geselecteerd als de overgangslaag.

Het is een verrassing dat ik niet in staat ben om te reageren.

Auteursrechtverklaring: Het auteursrecht op de informatie in dit artikel is van de oorspronkelijke auteur en vertegenwoordigt niet de meningen van dit platform.Als er sprake is van auteursrechten en informatiefouten, neem contact met ons op om het te corrigeren of te verwijderen.