Série de substrats céramiques - Substrat céramique en cuivre à liaison directe (DBC)
Avec le développement de la technologie électronique, le niveau d'intégration des puces ne cesse d'augmenter et le câblage du circuit devient plus fin. En conséquence, la dissipation de puissance par unité de surface augmente, entraînant une augmentation de la génération de chaleur et des pannes potentielles des appareils.Substrat céramique Direct Bond Copper (DBC)est devenu un matériau d'emballage électronique important en raison de son excellente conductivité thermique et conductivité électrique, en particulier dans les modules de puissance (IGBT) et les modules électroniques de puissance intégrés.
I. Développement du processus DBC
La technologie DBC est principalement basée sur la métallisation de substrats en céramique d'alumine et a été introduite pour la première fois dans les années 1970 par JF Burgess et YS Sun. Au milieu des années 1980, l'équipe de recherche DBC de General Electric (GE) aux États-Unis a rendu la technologie pratique.
Après des années de développement, cette technologie a fait des percées significatives non seulement dans les processus de préparation, mais aussi dans la force de liaison et la durée de vie en fatigue des cycles thermiques. Elle a également fait des progrès substantiels dans le domaine des emballages électroniques.
II. Principes du processus DBC
Le collage direct au cuivre est une méthode de métallisation qui colle directement une feuille de cuivre sur la surface des substrats en céramique (principalementAl2O3etAIN). Le principe de base est d'introduire de l'oxygène dans l'interface entre le cuivre et la céramique, puis de former une phase liquide eutectique Cu/O à 1065~1083℃, qui réagit avec la base céramique et la feuille de cuivre pour générer CuAlO2 ou Cu(AlO2)2, et réalise la liaison entre la feuille de cuivre et le substrat à l'aide de la phase intermédiaire. Étant donné que l'AlN est une céramique sans oxyde, la clé pour déposer du cuivre sur sa surface est de former une couche de transition d'Al2O3, ce qui permet d'obtenir une liaison efficace entre la feuille de cuivre et le substrat en céramique. La feuille de cuivre utilisée dans le collage par pressage à chaud DBC est généralement épaisse, allant de 100 à 600 μm, et a une forte capacité de transport de courant, ce qui la rend adaptée aux applications d'étanchéité de dispositifs dans des environnements extrêmes tels que des températures élevées et des courants élevés. Il s'agit d'un appareil standard bien établi dans le domaine deEmballage IGBT et LD, mais la largeur de ligne minimale sur les surfaces DBC est généralement supérieure à 100 μm, ce qui la rend inadaptée à la réalisation de circuits fins.
Processus de préparation du substrat céramique DBC
III.Performance de Substrat céramique DBC
Le substrat céramique DBC possède les caractéristiques de conductivité thermique élevée, d'isolation électrique élevée, de résistance mécanique élevée et de faible dilatation, typiques de la céramique. Il combine également la conductivité électrique élevée et l'excellente soudabilité du cuivre sans oxygène, permettant la gravure de divers motifs.
1. Excellentes performances d'isolation :
L'utilisation de substrats DBC comme supports de puce isole efficacement la puce de la base de dissipation thermique du module. La couche de céramique Al2O3 ou la couche de céramique AlN dans le substrat DBC améliore la capacité d'isolation du module (tension d'isolation>2.5KV).
conductivité thermique 2.Outstanding :
Les substrats DBC ont une excellente conductivité thermique. Lors du fonctionnement des modules IGBT, une quantité importante de chaleur est générée à la surface de la puce. Cette chaleur peut être efficacement transférée à travers le substrat DBC vers la base de dissipation thermique du module, qui est ensuite conduite vers le dissipateur thermique via de la graisse thermique, réalisant une dissipation thermique globale du module.
3. Coefficient de dilatation thermique similaire au silicium :
Les substrats DBC ont un coefficient de dilatation thermique similaire (7,1 ppm/K) au silicium (le matériau principal des puces). Cette similitude empêche les dommages causés par le stress aux puces. Les substrats DBC présentent d'excellentes propriétés mécaniques, une résistance à la corrosion et une déformation minimale, permettant une large gamme d'applications de température.
4. Bonne résistance mécanique : une feuille de cuivre épaisse et des matériaux céramiques haute performance offrent aux substrats DBC une bonne résistance mécanique et une bonne fiabilité.
5. Forte capacité de transport de courant : en raison des propriétés électriques supérieures des conducteurs en cuivre et de leur capacité de transport de courant élevée, les substrats DBC peuvent supporter une capacité de puissance élevée.
IIII.Applications du substrat céramique DBC
Les substrats céramiques DBC ont une large gamme d'applications, y compris les modules LED blancs haute puissance, les emballages de dispositifs LED UV/UV profonds, les diodes laser (LD), les capteurs automobiles, l'imagerie thermique infrarouge réfrigérée, les communications optiques 5G, les refroidisseurs haut de gamme, le photovoltaïque concentré (CPV), les dispositifs RF à micro-ondes et les dispositifs électroniques de puissance (IGBT), parmi de nombreux autres domaines. Bien que de nouveaux types de substrats céramiques comme l'AMB et le DBA soient apparus, cela ne signifie pas qu'ils peuvent complètement remplacer le DBC. Chacun a ses propres scénarios d'application en termes de puissance et de coût, et DBC a encore un potentiel de marché important.
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