DPC(Direct Plated Copper)直接電鍍銅陶瓷基板是利用激光在陶瓷基片上打孔,采用半導體工藝在陶瓷基片上沉積銅Cu種子層,而后通過電鍍工藝填孔,增厚金屬層得到的基板。該工藝具有電路高精度、高導熱、垂直互連、低成本等特點。
DPC的陶瓷基板主要有氧化鋁、氮化鋁陶瓷基板,也有在使用氮化硅基板。DPC分單雙面板,如果是單面板一面是線路板層或者導電層,一面是光板。如果是雙面板,則雙面是金屬化銅或線路板層。
陶瓷基板是絕緣層,同時也是導熱散熱層。DPC陶瓷基板可以將芯片直接固定在陶瓷上,不需要在陶瓷上面再做絕緣層了。
隨著電子行業上發展,DPC技術也不斷在提高。DPC陶瓷基板在電子封裝特別是功率電子器件例如IGBT(絕緣柵雙極晶體管)、LD(激光二極管)、大功率LED(發光二極管)、CPV(聚焦型光伏)封裝中的應用越來越廣泛。
在DPC的生產中,大家非常關注的兩個生產工藝上的技術點就是金屬層與陶瓷基板的結合強度、電鍍填孔。
由于金屬與陶瓷間熱膨脹系數差較大,為了降低界面應力,需要在銅層與陶瓷間增加過渡層,從而提高界面結合強度。
由于過渡層與陶瓷間的結合力主要以擴散附著及化學鍵為主,因此常選擇Ti、Cr和Ni等活性較高、擴散性好的金屬作為過渡層(同時作為電鍍種子層)。
電鍍填孔是DPC陶瓷基板制備的關鍵技術,目前DPC電鍍填孔大多采用脈沖電源。其技術優勢包括了易于填充通孔,降低孔內鍍層缺陷,表面鍍層結構致密,厚度均勻,可采用較高電流密度進行電鍍,提高沉積效率。
IGBT有輸入阻抗高、開關速度快、通態電壓低、阻斷電壓高等特點,成為當今功率半導體發展熱門。其應用小到變頻空調、靜音冰箱等家用電器,大到電力機車牽引系統等。IGBT輸出功率高,發熱量大,因此對IGBT封裝而言,散熱是關鍵。目前IGBT封裝主要采用DBC(直接覆銅)陶瓷基板,原因在于DBC具有金屬層厚度大,載流能力大、耐高溫性好等特點。目前DPC在IGBT上已經開始應用。
激光二極管(LD)是一種基于半導體材料受激輻射原理的光電器件,具有體積小、壽命長、易于集成等特點,應用于激光通信、光存儲以及雷達等領域。散熱是LD封裝關鍵。由于LD器件電流密度大,熱流密度高,DPC陶瓷基板成為LD封裝的首選熱沉材料。
LED功率密度不斷提高,對散熱的要求也越來越高。由于陶瓷具有的高絕緣、高導熱和耐熱、低膨脹等特性,特別DPC基板是采用通孔互聯技術,可有效滿足LED倒裝、共晶、COB(板上芯片)、CSP(芯片規模封裝)、WLP(圓片封裝)封裝需求,適合中高功率LED封裝。
聚焦作用導致太陽光密度增加,芯片溫度升高,光伏模組封裝必須采用陶瓷基板促進散熱。陶瓷基板表面的金屬層通過熱界面材料(TIM)分別與芯片和熱沉連接,熱量通過陶瓷基板快速傳導到金屬熱沉上,有效提高了系統光電轉換效率與可靠性。
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