1. A história do desenvolvimento das placas de circuitos cerâmicos.
The first-generation semiconductor technology represented by silicon (Si) and germanium (Ge) materials is mainly used in the field of data computing and lays the foundation for the microelectronics industryOs semicondutores de segunda geração, representados pelo arsenieto de gálio (GaAs) e pelo fosfeto de ínio (InP), são utilizados principalmente no domínio das comunicações para produzir microondas de alto desempenho,Dispositivos de ondas milimétricas e de emissão de luzO desenvolvimento tecnológico e as necessidades de aplicação têm vindo a tornar-se cada vez mais complexas, com as limitações das duas tecnologias a surgirem gradualmente.dificultando o cumprimento dos requisitos de utilização de alta frequência, alta temperatura, alta potência, alta eficiência energética, resistência a ambientes adversos, peso leve e miniaturização.Os materiais semicondutores de terceira geração representados pelo carburo de silício (SiC) e nitruro de gálio (GaN) apresentam as características de uma grande lacuna de banda, alta tensão de ruptura crítica, alta condutividade térmica e alta velocidade de deriva de saturação do portador.e têm amplas perspectivas de aplicação na iluminação por semicondutores, electrónica automóvel, comunicações móveis de nova geração (5G), novas energias e veículos de novas energias, transporte ferroviário de alta velocidade, electrónica de consumo e outros domínios.As perspectivas de aplicação deverão romper o gargalo da tecnologia tradicional de semicondutores, complementam as tecnologias de semicondutores de primeira e segunda gerações e têm um importante valor de aplicação em dispositivos optoeletrônicos, eletrónica de potência, eletrónica automóvel,Aeronáutica e outros domíniosCom a ascensão e aplicação de semicondutores de terceira geração, os dispositivos semicondutores estão gradualmente se desenvolvendo na direção de alta potência, miniaturização, integração e multifunção.que também estabelece requisitos mais elevados para o desempenho dos substratos de embalagemAs placas de circuito cerâmico têm as características de elevada condutividade térmica, boa resistência ao calor, baixo coeficiente de expansão térmica, elevada resistência mecânica, bom isolamento,resistência à corrosão, resistência à radiação, etc., e são amplamente utilizadas na embalagem de dispositivos eletrónicos.
2Classificação técnica das placas de circuito cerâmico As placas de circuito cerâmico incluem substratos de cerâmica e camadas de circuito metálico.
Para as embalagens eletrónicas, o substrato de embalagem desempenha um papel fundamental na ligação entre os canais de dissipação de calor internos e externos,e tem funções como interligação elétrica e apoio mecânicoA cerâmica tem as vantagens de alta condutividade térmica, boa resistência ao calor, alta resistência mecânica e baixo coeficiente de expansão térmica.É um material de substrato comumente utilizado para embalagens de dispositivos de semicondutores de potênciaDe acordo com diferentes princípios e processos de preparação, os substratos cerâmicos atualmente comumente utilizados podem ser divididos em Substrato Cerâmico de Película Fina (TFC), Substrato Cerâmico de Impressão Espessa (TPC),e Substrato Cerâmico de cobre ligado diretamente (DBC), Substrato Cerâmico de cobre revestido diretamente (DPC), etc.Este artigo analisa as propriedades físicas dos materiais de substrato cerâmico comumente utilizados (incluindo Al2O3, AlN, Si3N4, BeO, SiC e BN, etc.), com foco na introdução dos princípios de preparação, fluxos de processo e características técnicas de vários substratos cerâmicos.
2.1 Placas de circuitos cerâmicos de película fina
Placas de circuitos cerâmicos de filme fino (TFC), também conhecidas como circuitos de filme fino, geralmente utilizam um processo de pulverização para depositar diretamente uma camada de metal na superfície do substrato cerâmico,e usa fotolitografia, desenvolvimento, gravação e outros processos para desenhar a camada de metal em circuitos... Porque o TFC usa fotoresistente de alta precisão como o material fotoresistente,Combinado com fotolitografia e tecnologia de gravação, A característica distintiva do TFC é a alta precisão do padrão, como largura de linha/largura de fenda inferior a 10 μm.resistores de película fina e componentes de circuito de parâmetros distribuídos num substrato cerâmicoTem uma ampla gama de parâmetros de componentes, alta precisão e boas características de temperatura e frequência. Pode trabalhar na faixa de onda milimétrica e tem um alto nível de integração.Devido ao seu pequeno tamanho, o produto é utilizado principalmente em dispositivos de pequena corrente no domínio das comunicações, devido à alta frequência de funcionamento e ao grande impacto dos parâmetros parasitários no desempenho do circuito,O próprio TFC é pequeno e tem uma elevada densidade de componentes.Por conseguinte, existem requisitos de precisão e consistência muito elevados para o desenho de circuitos, substrato e filmagem.
2.2 Placas de circuitos cerâmicos de película espessa
O substrato TPC pode ser preparado revestindo a lama metálica no substrato cerâmico através de serigrafia, secagem e sinterização a alta temperatura.Dependendo da viscosidade da lama metálica e do tamanho da malha de tela, a espessura da camada de circuito metálico preparada é geralmente de 10 μm ~ 20 μm. Devido às limitações do processo de serigrafia,Substratos TPC não podem obter linhas de alta precisão (a largura mínima da linha/espaçamento entre linhas é geralmente superior a 100 μm)Além disso, para diminuir a temperatura de sinterização e melhorar a resistência de ligação entre a camada metálica e o substrato cerâmico,Uma pequena quantidade de fase de vidro é geralmente adicionada à lama metálica, o que reduzirá a condutividade elétrica e térmica da camada de metal.Os substratos TPC só são utilizados na embalagem de dispositivos eletrónicos (como eletrônicos automotivos) que não têm requisitos elevados de precisão de circuito.
2.3 Ligação directa ao substrato cerâmico
Para preparar o substrato cerâmico DBC, introduz-se primeiro o elemento oxigénio entre a folha de cobre (Cu) e o substrato cerâmico (Al2O3 ou AN),e, em seguida, forma-se a fase eutética de CuO a cerca de 1065°C (o ponto de fusão do cobre metálico é 1083°C)O filme e a folha de cobre reagem para gerar CuAlO2 ou Cu ((AO2) 2, alcançando ligação eutética entre a folha de cobre e a cerâmica.Porque cerâmica e cobre têm boa condutividade térmica, e a força de ligação eutética entre folha de cobre e cerâmica é elevada, o substrato DBC tem alta estabilidade térmica e tem sido amplamente utilizado em diodos bipolares de porta isolada (GBT),laser (LD) e fotovoltaicos focados (CPV) e outros dispositivos estão a ser embalados para dissipação de calorA folha de cobre de substrato DBC tem uma espessura grande (geralmente 100μm-600μm), que pode atender às necessidades de aplicações de embalagem de dispositivos em ambientes extremos, como alta temperatura e alta corrente.Embora os substratos DBC tenham muitas vantagens em aplicações práticas, a temperatura ectética e o teor de oxigénio devem ser rigorosamente controlados durante o processo de preparação, o que requer um elevado equipamento e controlo do processo, e o custo de produção também é elevado.Além disso,, devido à limitação da gravação de cobre espesso, é impossível preparar uma camada de circuito de alta precisão.tempo de oxidação e temperatura de oxidação são os dois parâmetros mais importantes. Após a folha de cobre ser pré-oxidada, a interface de ligação pode formar fase CuxOy suficiente para molhar a cerâmica Al2O3 e folha de cobre, e tem uma alta resistência de ligação;se a folha de cobre não estiver pré-oxidada, a humedecibilidade do CuxOy é pobre e a interface de ligação será um grande número de vazios e defeitos permanecem, reduzindo a resistência da ligação e a condutividade térmica.Para a preparação de substratos DBC utilizando cerâmica AlN, o substrato cerâmico precisa ser pré-oxidado para formar primeiro um filme Al2O3 e, em seguida, reagir com a folha de cobre para produzir uma reação eutética.Xie Jianjun e outros usaram a tecnologia DBC para preparar substratos cerâmicos Cu/Al2O3 e Cu/AlNA força de ligação entre a folha de cobre e a cerâmica AlN excedeu 8 N/mm.Os seus componentes eram principalmente Al2O3 e CuAlO2E Cu2O.
2.4 Galvanização directa de substratos cerâmicos
O processo de preparação do substrato cerâmico DPC é o seguinte: em primeiro lugar, um laser é utilizado para preparar através de furos no substrato cerâmico (aberturas são geralmente de 60 μm ~ 120 μm),e então as ondas ultra-sônicas são usadas para limpar o substrato cerâmicoA tecnologia de pulverização por magnetrão é utilizada para depositar uma camada de sementes metálicas na superfície do substrato cerâmico (Ti/ Cu),Em seguida, completar a produção de camada de circuito através de fotolitografia e desenvolvimento; utilizar galvanização para preencher buracos e espessar a camada do circuito metálico, e melhorar a soldabilidade e a resistência à oxidação do substrato através de tratamento de superfície,e finalmente remover a película seca e gravar a camada de sementes para completar a preparação do substratoO extremo frontal da preparação de substrato cerâmico DPC utiliza tecnologia de micro-processamento de semicondutores (revestimento por pulverização, fotolitografia, desenvolvimento, etc.),e a parte traseira utiliza a tecnologia de preparação de placas de circuito impresso (PCB)A utilização de meios de processamento de partículas, como a máquina de trituração, a máquina de trituração, a máquina de trituração, a máquina de trituração, a máquina de trituração, a máquina de trituração, a máquina de trituração, a máquina de trituração, a máquina de trituração, a máquina de trituração, a máquina de trituração, a máquina de trituração, a máquina de trituração, a máquina de trituração, a máquina de trituração, a máquina de trituração, a máquina de trituração, a máquina de trituração, etc., apresentam vantagens técnicas óbvias.Os circuitos metálicos no substrato cerâmico são mais finos (a largura da linha/espaçamento entre linhas pode ser tão baixa quanto 30μm~50μm, em relação à espessura da camada de circuito), de modo que o substrato DPC é muito adequado para aplicações com requisitos de precisão de alinhamento mais elevados.(2) Utilizando tecnologia de perfuração a laser e galvanização para obter interconexão vertical na superfície superior/inferior do substrato cerâmico, a embalagem tridimensional e a integração de dispositivos eletrónicos podem ser alcançadas e o volume do dispositivo pode ser reduzido;(3) O crescimento por galvanização é utilizado para controlar a espessura da camada do circuito (geralmente 10μm~100μm), e a rugosidade superficial da camada do circuito é reduzida através da moagem para satisfazer os requisitos de embalagem de dispositivos de alta temperatura e alta corrente;(4) O processo de preparação a baixas temperaturas (abaixo de 300°C) evita danos a altas temperaturas nos materiais de substrato e as camadas de circuito metálicos são afetadas negativamente.Em resumo, o substrato DPC possui as características de alta precisão de padrão e interconexão vertical e é uma verdadeira placa de circuito cerâmico.A força de ligação entre a camada de circuito metálico e o substrato cerâmico é a chave para afetar a confiabilidade do substrato cerâmico DPCDevido à grande diferença no coeficiente de expansão térmica entre o metal e a cerâmica, a fim de reduzir a tensão de interface,é necessário adicionar uma camada de transição entre a camada de cobre e cerâmicaUma vez que a força de ligação entre a camada de transição e a cerâmica baseia-se principalmente na adesão por difusão e na ligação química,metais com maior atividade e boa difusividade, tais como Ti, Cr e Ni são frequentemente selecionados como camada de transição.
Não, não, não, não, não.
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