金屬化陶瓷基板上的直接鍍銅 (DPC) 工藝最初是為了取代直接鍵合銅 (DBC) 工藝而創建的，因為它具有更好的電氣、熱和機械性能。與 DBC 相比，由于使用了薄膜粘合層，DPC 在 Al2O3/AlN 基板和銅金屬之間提供了非常強的粘合強度。DPC對銅層的厚度控制也有很好的能力，從很薄到很厚。對于細間距設計，可以輕松獲得 3 mil 的最小導線寬度/間距，并且通孔用銅填充以獲得良好的電氣和熱特性。通過使用所提出的 DPC 基板，在其特性和應用方面，可以獲得優于其他技術的性能，包括高電路密度、出色的高頻特性、出色的熱管理和傳熱性能、出色的可焊性和導線-鍵合裝配特性。因此，這些 DPC 基板可廣泛用于需要高功率和高熱量的高頻元件。
在薄膜工藝中，基于薄膜電路工藝，通過磁控濺射實現陶瓷表面金屬化，通過電鍍實現銅層和金成的厚度大于10微米以上，即 DPC( Direct Plate Copper-直接鍍銅基板)。
薄膜陶瓷電路板是通過磁控濺射技術在陶瓷的表面形成金屬層，然后采用電鍍，外型，表面處理等，最終在陶瓷基板上制作出超細線條電路圖形。磁控濺射是物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition，PVD）的一種。一般的濺射法可被用于制備金屬、半導體、絕緣體等多材料，且具有鍍膜面積大和附著力強等優點。
由于所描述的過程和使用的材料，DPC 過程的幾個關鍵屬性可以總結如下：
?卓越的熱性能
?低電阻導線
?溫度穩定 > 340°C
?準確的特征定位，兼容自動化的大幅面裝配
?細線分辨率允許高密度的設備和電路
?久經考驗的可靠性
?機械堅固的陶瓷結構
?高性能陶瓷解決方案
DPC金屬化基板的應用可以選擇在高亮度LED（HBLED）、太陽能聚光電池基板、功率半導體封裝和汽車電機控制。此外，對于需要非常低損耗的射頻/微波組件，可以考慮使用具有優異電氣性能的 DPC 基板。
為了將 DPC 基板用于射頻/微波應用，必須提取介電特性。介電特性對于電子封裝設計來說是一個非常重要的問題，因為電行為很大程度上受高頻下的介電常數和介電損耗的影響。
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圖1具有不同輸出連接的 DPC 微帶并聯耦合諧振器：(a) PCMR1 和 (b) PCMR4。
在已發表的文獻中有許多報道的方法。許多這些方法有一個或幾個限制，例如昂貴和復雜的儀器、難以制造的固定裝置、測量的介電特性僅對一個特定頻率有效、可重復性差以及無法同時獲得介電常數和介電損耗. 然而，在本文中，使用一種簡單的方法來獲得準確的介電因子，以進行進一步的基板設計和仿真。
使用諧振器的計算機模型來提取介電數據。一旦使用計算機輔助設計 (CAD) 模擬器對電路進行準確建模，就可以通過將模擬器的預測與測量的特性進行比較來確定基板的介電特性。微波領域的許多研究人員已經證明了這種經驗/分析方法。
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圖2微帶并聯耦合諧振器的測量和仿真結果：(a) PCMR1 和 (b) PCMR4。
因此，為了提取 DPC 基板的高頻介電數據，制造了兩個在寬帶寬上具有不同零點的改進型微帶平行耦合諧振器。圖1顯示了平行耦合微帶諧振器 (PCMR) 的照片。所示 PCMR1 在較低頻率處影響傳輸零點的深度；PCMR4 在更高頻率處生成具有更深深度的傳輸零點。兩個諧振器具有相同的耦合線結構，線距為 570 mil，間距為 12 mil，但輸出連接相反。從兩個 PCMR 的測量結果來看，這些零點足以在寬帶頻率響應下以良好的精度內插正確的介電值。然而，PCMR1 和 PCMR4 的第一個傳輸零點分別位于 5.2 和 4.2 GHz，并且在頻帶上的每個諧振頻率處大致重復。為了對諧振器進行初步模擬，介電常數為 9.5，介電損耗為 0。
測試裝置包括一個 Agilent E8364A 網絡分析儀、一個帶有兩個 K 連接器同軸輸入端口的 Anritsu 通用測試夾具，以及一個帶有微帶諧振器的接地平面支持的 DPC 金屬化基板。此外，采用了TRL校準，使用DPC制造的校準套件在PCMR的同一參考平面上進行校準。圖 2顯示了 PCMR1 和 PCMR4 的模擬插入損耗和測量插入損耗之間的比較。
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圖3微帶并聯耦合諧振器的測量和仿真結果。
從測量結果來看，很明顯假設的介電值是有誤差的，在較高頻率下誤差會增加。為了提取正確的介電常數和介電損耗，在 ADS Momentum 中調整這些值以匹配頻率響應，直到預測的零與測量的零匹配。圖 3顯示了在調整介電參數后兩個 PCMR 高達 14 GHz 的擬合結果。在這種情況下，DPC基板的這兩個參數的介電常數分別從9.5上升到9.75，介電損耗從0.0004上升到0.002。這些值比較高頻率下的假設數據更準確，可廣泛用于基板設計和仿真。
圖4使用 DPC 技術的 10 GHz 并行耦合線路濾波器的照片。
為了驗證提取的介電數據的準確性，演示了在 DPC 基板上制造的微波濾波器。該BPF采用并聯耦合線結構，中心頻率為10GHz，帶寬為15%，等紋波響應為0.1dB，采用三階拓撲結構，如圖4所示。使用提取的介電常數和介電損耗，使用 ADS Momentum 設計和優化 BPF。TRL 校準套件也在 DPC 基板上制造，以覆蓋 4 至 14 GHz 的頻率范圍。
借助這些測試標準，可以對 Anritsu 測試夾具的同軸到微帶轉換以及連接到濾波器輸入和輸出端口的微帶線進行去嵌入。測得的插入損耗和回波損耗如圖 5所示。基于這些實驗結果，通過在 EM 模擬器中使用提取的介電值，可以很好地預測濾波器響應。測得的 BPF 插入損耗在 10 GHz 時僅為 0.5 dB。它清楚地表明，采用陶瓷基板和銅導體制造的 DPC 工藝在高頻下具有出色的低損耗性能，并具有出色的用于射頻封裝和微波設備的能力。
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圖5?10 GHz DPC 并聯耦合線路濾波器的測量和仿真特性。
結論
本文介紹了一種 DPC 金屬化基板，包括特點及應用、電氣特性提取和微波電路設計。由于采用陶瓷基板和金屬化銅導體，DPC基板實現了良好的高頻電特性。同時，提出了一種獲取DPC基板介電常數和介電損耗的簡單提取方法，并構建了具有0.5 dB插入損耗的10 GHz平行耦合線BPF進行進一步驗證。這篇文章清楚地表明，DPC 金屬化基板非常適合射頻和微波封裝設計，具有出色的低損耗性能。
原文始發于微信公眾號（展至科技）：DPC工藝金屬化陶瓷基板及微波電路中的應用
