DPC(Direct Plated Copper)直接电镀铜陶瓷基板是利用激光在陶瓷基片上打孔,采用半导体工艺在陶瓷基片上沉积铜Cu种子层,而后通过电镀工艺填孔,增厚金属层得到的基板。该工艺具有电路高精度、高导热、垂直互连、低成本等特点。
DPC的陶瓷基板主要有氧化铝、氮化铝陶瓷基板,也有在使用氮化硅基板。DPC分单双面板,如果是单面板一面是线路板层或者导电层,一面是光板。如果是双面板,则双面是金属化铜或线路板层。
陶瓷基板是绝缘层,同时也是导热散热层。DPC陶瓷基板可以将芯片直接固定在陶瓷上,不需要在陶瓷上面再做绝缘层了。
随着电子行业上发展,DPC技术也不断在提高。DPC陶瓷基板在电子封装特别是功率电子器件例如IGBT(绝缘栅双极晶体管)、LD(激光二极管)、大功率LED(发光二极管)、CPV(聚焦型光伏)封装中的应用越来越广泛。
在DPC的生产中,大家非常关注的两个生产工艺上的技术点就是金属层与陶瓷基板的结合强度、电镀填孔。
由于金属与陶瓷间热膨胀系数差较大,为了降低界面应力,需要在铜层与陶瓷间增加过渡层,从而提高界面结合强度。
由于过渡层与陶瓷间的结合力主要以扩散附着及化学键为主,因此常选择Ti、Cr和Ni等活性较高、扩散性好的金属作为过渡层(同时作为电镀种子层)。
电镀填孔是DPC陶瓷基板制备的关键技术,目前DPC电镀填孔大多采用脉冲电源。其技术优势包括了易于填充通孔,降低孔内镀层缺陷,表面镀层结构致密,厚度均匀,可采用较高电流密度进行电镀,提高沉积效率。
IGBT有输入阻抗高、开关速度快、通态电压低、阻断电压高等特点,成为当今功率半导体发展热门。其应用小到变频空调、静音冰箱等家用电器,大到电力机车牵引系统等。IGBT输出功率高,发热量大,因此对IGBT封装而言,散热是关键。目前IGBT封装主要采用DBC(直接覆铜)陶瓷基板,原因在于DBC具有金属层厚度大,载流能力大、耐高温性好等特点。目前DPC在IGBT上已经开始应用。
激光二极管(LD)是一种基于半导体材料受激辐射原理的光电器件,具有体积小、寿命长、易于集成等特点,应用于激光通信、光存储以及雷达等领域。散热是LD封装关键。由于LD器件电流密度大,热流密度高,DPC陶瓷基板成为LD封装的首选热沉材料。
LED功率密度不断提高,对散热的要求也越来越高。由于陶瓷具有的高绝缘、高导热和耐热、低膨胀等特性,特别DPC基板是采用通孔互联技术,可有效满足LED倒装、共晶、COB(板上芯片)、CSP(芯片规模封装)、WLP(圆片封装)封装需求,适合中高功率LED封装。
聚焦作用导致太阳光密度增加,芯片温度升高,光伏模组封装必须采用陶瓷基板促进散热。陶瓷基板表面的金属层通过热界面材料(TIM)分别与芯片和热沉连接,热量通过陶瓷基板快速传导到金属热沉上,有效提高了系统光电转换效率与可靠性。
原文始发于微信公众号(艾邦陶瓷展):DPC直接镀铜陶瓷基板的核心技术与热门应用