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一文了解直接鍍銅(DPC)陶瓷基板

97 2023-05-29
DPC陶瓷基板

一、直接鍍銅DPC工藝簡介

直接鍍銅陶瓷基板(Direct Plating Copper, DPC)是在陶瓷薄膜工藝加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來的陶瓷電路加工工藝。以氮化鋁/氧化鋁陶瓷作為線路的基板,采用濺鍍工藝于基板表面復(fù)合金屬層,并以電鍍和光刻工藝形成電路。


其工藝流程為:首先利用激光在陶瓷基片上制備通孔(孔徑一般為60μm~120μm),隨后利用超聲波清洗陶瓷基片;采用磁控濺射技術(shù)在陶瓷基片表面沉積金屬種子層(Ti/Cu靶材),接著通過光刻、顯影完成線路層制作;采用電鍍填空和增厚金屬線路層,并通過表面處理提高基板可焊性與抗氧化性,最后去干膜、刻蝕種子層完成基板制備。

DPC陶瓷基板工藝流程

DPC陶瓷基板制備前端采用了半導(dǎo)體微加工技術(shù)(濺射鍍膜、光刻、顯影等),后端則采用了印刷線路板(PCB)制備技術(shù)(圖形電鍍、填孔、表面研磨、刻蝕、表面處理等),因此具有以下優(yōu)勢特點(diǎn):

1)采用半導(dǎo)體微加工技術(shù),陶瓷基板上金屬線路更加精細(xì)(線寬/線距低至30μm~50μm,與線路層厚度相關(guān)),因此DPC陶瓷基板非常適合對精度要求較高的微電子器件封裝;
2)采用激光打孔和電鍍填孔技術(shù),實(shí)現(xiàn)了陶瓷基板上下表面垂直互連,可實(shí)現(xiàn)電子器件三維封裝與集成,降低器件體積;
3)采用電鍍生長控制線路層厚度(一般為10μm~100μm),并通過研磨降低線路層表面粗糙度,滿足高溫、大電流器件封裝需求;
4)低溫制備工藝(300℃以下)避免了高溫對基片材料和金屬線路層的不利影響,同時(shí)也降低了生產(chǎn)成本。

然而,DPC也存在一些不足:

1)金屬線路層采用電鍍工藝制備,環(huán)境污染嚴(yán)重;
2)電鍍生長速度低,線路層厚度有限;
2)金屬層與陶瓷間的結(jié)合強(qiáng)度較低,產(chǎn)品應(yīng)用時(shí)可靠性較低。
在技術(shù)改進(jìn)上,北京大學(xué)深圳研究生院吳忠振副教授攜手泰安巨浪電子推出基于超高功率PVD技術(shù)的DSC(Direct Sputtering Ceramic)陶瓷基板金屬化新技術(shù),直接在陶瓷基板表面沉積一定厚度的金屬導(dǎo)電層,實(shí)現(xiàn)高結(jié)合強(qiáng)度和綠色生產(chǎn)。

此外,利用DPC陶瓷基板的技術(shù)優(yōu)勢(高圖形精度、垂直互連等),可以通過電鍍增厚等技術(shù)制備圍壩,可得到含圍壩結(jié)構(gòu)的三維陶瓷基板,例如武漢利之達(dá)采用電鍍鍵合、免燒陶瓷直接成型等技術(shù)制備含金屬或陶瓷圍壩的三維陶瓷基板(3DPC)。陶瓷基板和圍壩一體化成型為密封腔體,結(jié)構(gòu)緊湊,無中間粘結(jié)層,氣密性高,且圍壩結(jié)構(gòu)形狀可任意設(shè)計(jì),目前已經(jīng)成功應(yīng)用與深紫外LED封裝和VCSEL激光器封裝。

二、DPC陶瓷基板的應(yīng)用

DPC 陶瓷基板具有圖形精度高、可垂直互連、生產(chǎn)成本低等技術(shù)優(yōu)勢,可普遍應(yīng)用于大功率 LED 照明、汽車大燈等大功率 LED 領(lǐng)域、半導(dǎo)體激光器、電力電子功率器件、微波、光通訊、VCSEL、射頻器件等應(yīng)用領(lǐng)域,市場空間很大。

光纖激光器泵浦核心元器件

激光器為激光設(shè)備核心部件,高功率半導(dǎo)體激光器主要通過熱沉散熱。氮化鋁陶瓷熱沉(DPC工藝)為目前主流激光熱沉基板,可滿足高功率半導(dǎo)體激光芯片鍵合的需求,在光通信、高功率 LED 封裝、半導(dǎo)體激光器和光纖激光器泵浦源制造等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。車載激光雷達(dá)光源 VCSEL 替代 EEL 大勢所趨,DPC 陶瓷基板在高功率 VCSEL 封裝中占據(jù)重要地位。

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