Vzhledem k tomu, že se čipy a elektronická zařízení neustále vyvíjejí směrem k miniaturizaci a vyšší integraci, výroba obvodů pouze na povrchu keramických substrátů již nemůže splňovat stále náročnější požadavky na propojení a směrování. Pro elektrické propojení přední a zadní strany substrátu jsou proto zapotřebí mikrootvory, čímž se zkracují propojovací cesty a zvyšuje hustota obvodů. V důsledku toho se technologie DPC (přímé pokovení mědí) s metalizací široce používá v aplikacích, jako jsou LED diody, lasery, optická komunikace, vysokofrekvenční zařízení a výkonová elektronika.
Keramické substráty jsou však ze své podstaty elektricky izolační. Pouhé vytvoření mikrootvorů skrz substrát nezajistí elektrickou kontinuitu mezi oběma stranami. Skutečnou výzvou je vytvoření souvislé a spolehlivé kovové vrstvy semen podél vnitřních stěn mikrootvorů.
1. Jak se zajišťuje elektrická kontinuita pomocí keramických mikrootvorů?
DPC metalizace obvykle začíná laserovým vrtáním za účelem vytvoření mikrootvorů v keramickém substrátu, obvykle ve formě zúžených nebo přímých otvorů. Mikrootvory a povrch substrátu se poté důkladně vyčistí a odplyní, aby se odstranily zbytky po vrtání, vlhkost a další nečistoty. Následně se na povrch substrátu a podél vnitřních stěn mikrootvorů nanese vakuové naprašování, které slouží k nanesení adhezní vrstvy Ti, obvykle o tloušťce 50–200 nm, a následně vodivé vrstvy Cu, obvykle o tloušťce 0,5–2 μm.
Vrstva Ti slouží jako adhezní vrstva pro zlepšení pevnosti spojení mezi kovovým filmem a keramickým substrátem, zatímco vrstva Cu poskytuje souvislý vodivý základ pro následné galvanické pokovování. Měděná vrstva je poté dále galvanicky pokovována, obvykle do tloušťky 5–20 μm, což nakonec zajišťuje spolehlivou elektrickou kontinuitu mezi obvody na přední a zadní straně prostřednictvím metalizovaných průchodů. Jednoduše řečeno, vakuové naprašování poskytuje vodivý základ, zatímco následné galvanické pokovování zvyšuje tloušťku mědi, čímž snižuje odpor průchodů a zlepšuje spolehlivost propojení.
Ačkoli se proces jeví jako přímočarý, spolehlivé propojení mikroprůchodek závisí na jednom kritickém předpokladu: vrstva mikroprůchodek Ti/Cu musí zcela a nepřetržitě pokrývat povrch substrátu a celou vnitřní stěnu každé mikroprůchodky.
2. Čtyři klíčové výzvy vakuového naprašování vrstev Ti/Cu pro DPC Via
Vytvoření souvislé vrstvy semen uvnitř úzkých mikrootvorů není zdaleka jednoduché. Zbytky uvnitř otvorů mohou ohrozit adhezi filmu, zatímco geometrie mikrootvorů stále více ztěžuje pokrytí bočních stěn. Lokální diskontinuity ve vrstvě semen mohou přerušit následné galvanické pokovování, zatímco rozdíly mezi různými umístěními substrátů a výrobními šaržemi mohou ovlivnit celkovou stabilitu procesu. Klíčové výzvy vakuového naprašování pro DPC pomocí metalizace lze shrnout do čtyř oblastí.
1. Zbytky uvnitř průchodů mohou ohrozit přilnavost filmu
Po laserovém vrtání mohou keramické substráty uvnitř mikrootvorů obsahovat keramické částice, přelitý materiál, vrtné úlomky a adsorbovanou vlhkost. U mikrootvorů s malým průměrem a vysokým poměrem stran je odstranění těchto zbytků často mnohem obtížnější než povrchová kontaminace. Pokud je čištění a odplynění nedostatečné, adhezní vrstva Ti nemusí vytvořit silnou a spolehlivou vazbu s keramickou boční stěnou. Tyto vady se nemusí projevit okamžitě po nanesení povlaku, ale mohou se postupně rozvinout do puchýřů a delaminace během následného galvanického pokovování, pájení nebo provozu za vysokých teplot.
2. Vyšší poměry stran ztěžují pokrytí bočnic
Obtížnost naprašování mikrootvoru nelze hodnotit pouze podle jeho hloubky; stejně důležitý je poměr mezi hloubkou otvoru a jeho průměrem – poměr stran. Například otvor o průměru 60 μm a hloubce 300 μm má poměr stran 5:1. S rostoucím poměrem stran vytváří vstup do otvoru větší geometrické stínování naprašovaných částic, čímž se snižuje počet částic, které mohou dosáhnout střední části boční stěny. To může vést k relativně silným filmům na povrchu substrátu a v blízkosti otvoru otvoru, zatímco střední část boční stěny otvoru se stává výrazně tenčí nebo dokonce nespojitou.
3. Neúplná vrstva semen může bránit spolehlivému propojení Via
Základním požadavkem pro metalizaci DPC via není jen to, zda je na stěně průchodu přítomna měď, ale zda se základní vrstva Ti/Cu může plynule rozprostírat od přední strany substrátu podél celé boční stěny průchodu až k zadní straně. I malá diskontinuita v základní vrstvě může přerušit vodivou cestu potřebnou pro následné galvanické pokovování. Kvalitu základní vrstvy proto nelze hodnotit pouze podle vzhledu povrchu nebo průměrné tloušťky filmu. Zvláštní pozornost je třeba věnovat nejtenčí části boční stěny průchodu a tomu, zda je v celé metalizované cestě zachována kontinuální elektrická vodivost.
4. Propuštění jednoho vzorku nezaručuje stabilitu mezi šaržemi
Dosažení požadované tloušťky povrchové vrstvy na jednom vzorku nutně neznamená, že je proces připraven pro hromadnou výrobu. Výroba digitálního pokovování (DPC) také vyžaduje přísnou kontrolu rovnoměrnosti povlaku mezi přední a zadní plochou, mezi střední a okrajovou oblastí substrátu, napříč různými polohami upínacího přípravku a mezi jednotlivými šaržemi. U keramických substrátů obsahujících velký počet mikrootvorů by se hodnocení procesu nemělo zaměřovat pouze na průměrnou tloušťku vrstvy. Důležitější je, aby nejtenčí oblast boční stěny otvoru trvale udržovala elektrickou vodivost potřebnou pro následné galvanické pokovování.
3. Co se stane, když vrstva semen není správně uložena?
Vrstva semen Ti/Cu poskytuje vodivý základ potřebný pro následné galvanické pokovování. Pokud je vrstva semen na boční stěně průchodu příliš tenká, není zcela pokrytá nebo obsahuje nespojitosti, nemůže být galvanický proud přenášen kontinuálně podél boční stěny a ionty mědi nemohou být správně redukovány a ukládány na vadných místech. Jak galvanické pokovování pokračuje a vrstva mědi se hromadí, zpočátku se drobné oblasti s nedostatečným pokrytím mohou vyvinout v dutiny měděné vrstvy, lokalizované nedostatky tloušťky nebo nespojité pokovování uvnitř průchodu.
Tyto vady přímo ovlivňují kvalitu propojení obvodů na přední a zadní straně keramického substrátu. V méně závažných případech mohou vést ke zvýšenému odporu průchozího vodiče, lokálnímu zahřívání a kolísání elektrického výkonu. Ve závažnějších případech nemusí obvody na obou stranách dosáhnout elektrické kontinuity. Během následného pájení, stárnutí při vysokých teplotách nebo tepelných cyklů se v vadných oblastech může dále vyvíjet puchýře, delaminace nebo praskání obvodu, což snižuje výtěžnost produktu a dlouhodobou spolehlivost a může vést k selhání zařízení.
4. Řešení společnosti Zhenhua Vacuum pro hromadnou výrobu keramických substrátů pomocí metalizace – výrobní linka DPC pro vakuové povlakování keramických substrátů
Výhody zařízení:
Automatizace: Plně automatizovaný systém nanášení povlaků a přepravy nosičů obrobků snižuje manuální zásahy a zároveň zvyšuje efektivitu výroby a zkracuje celkovou dobu cyklu.
Propustnost: Podporuje substráty 120 mm × 120 mm s výrobní kapacitou až 288 ks za hodinu.
Výkon: Zlepšuje elektrickou vodivost a zároveň zvyšuje výkon odvodu tepla keramickým substrátem.
Metalizace průchodů: Optimalizovaná konfigurace magnetického pole umožňuje efektivní a rovnoměrné pokrytí povlakem uvnitř mikroprůchodů.
Proces: Podporuje oboustranné nanášení povlaku pro zlepšení celkové rovnoměrnosti tloušťky filmu a konzistence povlaku.
Aplikace:
Zařízení dokáže nanášet různé vrstvy elementárních kovů, včetně Ti, Cu, Al, Sn, Cr, Ag a Ni, a nachází široké uplatnění v polovodičovém a elektronickém průmyslu pro aplikace, jako jsou keramické substráty, keramické kondenzátory a keramické pouzdra/nosiče LED.
5. Závěr
Společnost Zhenhua Vacuum se zaměřuje na proces vakuového naprašování na předních koncích výroby digitálních PC (DPC). Díky vylepšenému pokrytí bočních stěn mikrootvorů a kombinaci technologie oboustranného povlakování s automatizovanou výrobou poskytuje toto řešení stabilní vrstvy Ti/Cu pro následné galvanické pokovování a spolehlivé propojení. To pomáhá zákazníkům dosáhnout konzistentní hromadné výroby a zároveň podporuje širší přijetí keramických DPC substrátů v polovodičových a pokročilých elektronických aplikacích.
-Tento článek byl publikován výrobce zařízení pro vakuové lakováníZhenhua Vakuum
Čas zveřejnění: 27. srpna 2026