集成电路的高密度、小型化的需求,使得封装并不能仅局限于对芯片的保护,还需要满足芯片间的信号传输与信号处理的要求。多芯片封装、微系统封装技术因此而被提出。陶瓷封装管壳具有封装密度高、电热性能好,气密性好,可靠性高等特点,在封装领域具有得天独厚的优势。艾邦建有陶瓷封装全产业链微信群,欢迎陶瓷封装产业链上下游加入,请您识别二维码加入。

DPC 陶瓷管壳可以替代 HTCC/LTCC 吗
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一、DPC陶瓷管壳的优势特点

多层共烧陶瓷(高温共烧陶瓷HTCC/低温共烧陶瓷LTCC)由于其优异的纵向传输能力、机械强度,成为针对系统级多芯片封装的主流封装形式。然而,随着电子封装不断发展,封装的引线间距越来越小,封装密度越来越高,对于陶瓷基板的布线精度提出了更高的挑战。受到加工方式的限制,多层共烧陶瓷在高可靠系统级封装领域中存在平面度较大(>30 μm)、 最小线宽较大(>50μm)等问题。这些问题会导致陶瓷基板与芯片无法高可靠连接、封装密度难以进一步提升。

表 HTCC、LTCC、DPC工艺对比

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此外,为了提高器件可靠性,保护电子器件(芯片)免受外界的机械损伤和腐蚀性气体损害,一般采用具有腔体结构的气密封装技术。直接电镀陶瓷(DPC)是能同时满足高布线精度和实现三维封装的工艺技术,技术优势明显:
(1)采用半导体微加工技术,陶瓷基板上金属线路更加精细(线宽/线距可低至 30um~50mm,与线路层厚度相关),因此 DPC基板非常适合对准精度要求较高的微电子器件封装;
(2)采用激光打孔与电镀填孔技术,实现了陶瓷基板上/下表面垂直互联,可实现电子器件三维封装与集成,降低器件体积;
(3)采用电镀生长控制线路层厚度(一般为 10 μm~ 100 wm),并通过研磨降低线路层表面粗糙度,满足高温、大电流器件封装需求;

(4)低温制备工艺(300℃以下)避免了高温对基片材料和金属线路层的不利影响,同时也降低了生产成本。

基于DPC技术路线的陶瓷管壳具有热导率高、图形精度高,结构和工艺简单、成本较低,可实现气密封装(漏率<1×10-9 Pa·m³/s)等特点,是微系统封装的优选方案之一。

二、DPC陶瓷管壳的制备工艺

在DPC围坝产品基础上进行技术创新,可形成陶瓷金属管壳。利用DPC陶瓷基板的技术优势(高图形精度、垂直互连等),通过电镀增厚等技术制备围坝,可得到含陶瓷或金属围坝结构的三维陶瓷基板,可提高器件封装可靠性,更好地将封装芯片和外界环境进行隔离,避免芯片受到湿气和灰尘等不利影响。

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图  DPC三维封装结构示意图
目前研究的三维陶瓷基板技术制备方法有两种:

(1)制备陶瓷或金属等材料围坝结构,然后通过胶水胶粘、焊料焊接等工艺,将DPC陶瓷基板与围坝基板对准后,涂覆胶水或填充焊料将围坝与陶瓷基板连接成整体;

(2)直接成型围坝,如采用3D直写和多层镀铜等技术制备得到三维 DPC陶瓷基板,围坝与陶瓷基板间没有键合层结构,直接成型得到。

采用DPC陶瓷基板作为散热基板,可伐合金作为封装盖板,浸锡合金作为焊料的气密性DPC陶瓷管壳制备工艺流程:
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图 DPC陶瓷基板制备工艺流程

①对陶瓷基片进行激光打孔以形成小孔径通孔(孔径一般为60μm~120μm);

②通过超声清洗陶瓷基片,并利用溅射镀膜工艺在陶瓷基片表面沉积金属种子层(Ti/Cu 靶材);

③利用光刻和显影工艺形成掩膜图形,再利用电镀工艺实现通孔填充和表面铜层增厚;

④通过表面研磨对电镀铜层进行整平,通过表面处理技术(化学镀)形成 Ni/Au层;

⑤去除干膜并蚀刻种子层,完成DPC 陶瓷基板制备;

⑥封装焊接前,对DPC陶瓷基板、可伐盖帽和金锡焊环进行超声波清洗;可伐合金管帽作为封装盖板,通过冲压工艺形成腔体以封装器件;

⑦将金锡焊环和贴装芯片后的陶瓷基板金属环对准并覆上盖板,放入高温真空炉内焊接。

11月22日,第二届陶瓷封装产业论坛将于石家庄举办,届时,业内知名专家及学者将就 LTCC、HTCC、薄膜工艺、DPC、厚薄膜混合工艺、系统级(SiP)封装等陶瓷封装技术进行探讨,欢迎大家与会交流。演讲&赞助&会议报名请联系李小姐:18124643204(同微信)

资料来源:
1.刘佳欣等:耐高温微系统气密封装技术及高温可靠性研究; 
2.陈方康:电镀键合制备三维陶瓷基板技术研究; 
3.程浩等:电子封装陶瓷基板;
4.张鹤等:高精度薄厚膜异构HTCC基板制备工艺.

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推荐活动:【邀请函】第二届陶瓷封装产业论坛(11月22日·石家庄)
第二届陶瓷封装产业论坛
The 2nd Ceramic Packages Industry Forum

2024年11月22日

河北·石家庄
河北翠屏山迎宾馆
HeBei Cuipingshan Guesthouse
地址:石家庄市鹿泉区迎宾馆街8号
一、会议议题 

序号

暂定议题

演讲嘉宾

1

高可靠封装的机遇与挑战

睿芯峰 副总经理 陈陶

2

厚薄膜混合型HTCC工艺技术的开发

六方钰成 董事长 刘志辉

3

陶瓷封装技术在半导体器件领域的应用

北京大学东莞研究院 郑小平 研究员/项目总监

4

传感器技术的发展及陶瓷封装的应用趋势

郑州中科集成电路与系统应用研究院 先进封测中心主管 周继瑞

5

封装用封接玻璃粉的开发

天力创 项目经理 于洪林

6

功率模块封装用高强度高热导率Si3N4陶瓷的研究进展

中材高新氮化物陶瓷 高级专家 张伟儒

7

高品质氮化硅粉体燃烧合成技术新进展

中国科学院理化技术研究所/中科新瓷 高级工程师/总经理 杨增朝

8

钙钛矿型铁电介质陶瓷开发及应用

电子科技大学 唐斌 教授

9

电子封装陶瓷基板关键的制备技术

河北东方泰阳

10

低温共烧陶瓷基板及其封装应用

中电科43所 董兆文 研究员

11

系统级封装(SiP)用陶瓷基板技术研发与产业化

华中科技大学/武汉利之达科技 教授/创始人 陈明祥

12

薄膜技术在电子封装中的应用

七星华创微电子 工程师 任凯

13

超快激光AOD技术颠覆HTCC/LTCC精密钻孔

德中(天津)技术 战略发展与市场总监 张卓

14

集成电路陶瓷封装外壳仿真设计

拟邀请陶瓷封装厂商/高校研究所

15

陶瓷封装结构优化及可靠性分析

拟邀请陶瓷封装厂商/高校研究所

16

陶瓷封装平行缝焊工艺与技术

拟邀请陶瓷封装/设备厂商/高校研究所

17

高密度陶瓷封装外壳散热问题探讨

拟邀请陶瓷封装/材料厂商/高校研究所

18

光通信技术的发展及陶瓷封装外壳的应用趋势

拟邀请光通信企业/封装厂商/高校研究所

以最终议题为准。更多议题征集中,欢迎自拟或者推荐议题。演讲&赞助&会议报名请联系李小姐:18124643204(同微信)

 

赞助及支持企业:

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二、报名方式

方式一:加微信

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邮箱:lirongrong@aibang.com

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方式二:长按二维码扫码在线登记报名

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原文始发于微信公众号(艾邦陶瓷展):DPC 陶瓷管壳可以替代 HTCC/LTCC 吗

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作者 gan, lanjie