Efterhånden som chips og elektroniske enheder fortsætter med at udvikle sig mod miniaturisering og højere integration, kan kredsløbsfremstilling udelukkende på overfladen af keramiske substrater ikke længere opfylde de stadigt mere krævende krav til sammenkobling og routing. Mikrovias er derfor nødvendige for elektrisk at forbinde for- og bagsiden af substratet, hvilket forkorter sammenkoblingsveje og øger kredsløbstætheden. Som et resultat er DPC (Direct Plated Copper) via metalliseringsteknologi blevet bredt anvendt i applikationer, herunder LED'er, lasere, optisk kommunikation, RF-enheder og effektelektronik.
Keramiske substrater er dog i sagens natur elektrisk isolerende. Blot at danne mikrovias gennem substratet etablerer ikke elektrisk kontinuitet mellem de to sider. Den virkelige udfordring er at danne et kontinuerligt og pålideligt metallisk frølag langs mikrovias indre vægge.
1. Hvordan etableres elektrisk kontinuitet gennem keramiske mikroviaer?
DPC via metallisering begynder typisk med laserboring for at danne mikroviaer i det keramiske substrat, generelt i form af koniske eller lige gennemgående huller. Mikroviaerne og substratoverfladen rengøres derefter grundigt og afgasses for at fjerne borerester, fugt og andre forurenende stoffer. En vakuumsputteringsproces anvendes efterfølgende til at aflejre et Ti-adhæsionslag, typisk 50-200 nm tykt, efterfulgt af et ledende Cu-kimlag, typisk 0,5-2 μm tykt, på substratoverfladen og langs mikroviaernes indre vægge.
Ti-laget fungerer som et adhæsionslag for at forbedre bindingsstyrken mellem metalfilmen og det keramiske substrat, mens Cu-kimlaget danner et kontinuerligt ledende fundament til efterfølgende galvanisering. Kobberlaget opbygges derefter yderligere ved galvanisering, typisk til en tykkelse på 5-20 μm, hvilket i sidste ende etablerer pålidelig elektrisk kontinuitet mellem kredsløbene på for- og bagsiden gennem de metalliserede vias. Enkelt sagt danner vakuumsputtering det ledende fundament, mens efterfølgende galvanisering opbygger kobbertykkelsen, hvorved via-modstanden reduceres og forbindelsespålideligheden forbedres.
Selvom processen synes ligetil, afhænger pålidelig via-sammenkobling af én kritisk forudsætning: Ti/Cu-kimlaget skal fuldstændigt og kontinuerligt dække substratoverfladen og hele den indre væg af hver mikrovia.
2. Fire centrale udfordringer ved vakuumsputtering af Ti/Cu-kimlag til DPC-vias
Det er langt fra ligetil at danne et kontinuerligt kimlag i smalle mikrovias. Rester, der forbliver i viasene, kan kompromittere filmens vedhæftning, mens mikrovia-geometrien gør sidevægsdækningen stadig vanskeligere. Lokale diskontinuiteter i kimlaget kan afbryde den efterfølgende galvanisering, mens variationer mellem forskellige substratplaceringer og produktionsbatcher kan påvirke den samlede processtabilitet. De vigtigste udfordringer ved vakuumsputtering til DPC via metallisering kan opsummeres i fire områder.
1. Rester inde i viaerne kan kompromittere filmens vedhæftning
Efter laserboring kan keramiske substrater indeholde keramiske partikler, genstøbt materiale, borerester og adsorberet fugt inde i mikroviaerne. For mikroviaer med små diametre og høje aspektforhold er disse rester ofte meget vanskeligere at fjerne end overfladekontaminering. Hvis rengøring og afgasning er utilstrækkelig, danner Ti-adhæsionslaget muligvis ikke en stærk og pålidelig binding med den keramiske sidevæg. Sådanne defekter bliver muligvis ikke umiddelbart synlige efter belægning, men kan gradvist udvikle sig til blæredannelse og delaminering under efterfølgende galvanisering, lodning eller højtemperaturdrift.
2. Højere billedformater gør det vanskeligere at dække sidevægge
Sputteringsvanskeligheden ved en mikrovia kan ikke vurderes udelukkende ud fra dens dybde; forholdet mellem viaens dybde og viaens diameter – aspektforholdet – er lige så vigtigt. For eksempel har en via med en diameter på 60 μm og en dybde på 300 μm et aspektforhold på 5:1. Efterhånden som aspektforholdet stiger, skaber viaens indgang større geometrisk skyggeeffekt af de sputterede partikler, hvilket reducerer antallet af partikler, der kan nå den midterste del af sidevæggen. Dette kan resultere i relativt tykke film på substratoverfladen og nær viaens åbning, mens den midterste del af viaens sidevæg bliver betydeligt tyndere eller endda diskontinuerlig.
3. Et ufuldstændigt sålag kan forhindre pålidelig via-sammenkobling
Det grundlæggende krav til DPC via metallisering er ikke blot, om der er kobber til stede på via-væggen, men om Ti/Cu-kimlaget kan strække sig kontinuerligt fra substratets forside, langs hele via-sidevæggen, til bagsiden. Selv en lille diskontinuitet i kimlaget kan afbryde den ledende bane, der kræves til efterfølgende galvanisering. Derfor kan kimlagets kvalitet ikke vurderes udelukkende ud fra overfladeudseende eller gennemsnitlig filmtykkelse. Der skal lægges særlig vægt på den tyndeste del af via-sidevæggen, og om kontinuerlig elektrisk ledningsevne opretholdes gennem hele den metalliserede bane.
4. At bestå en enkelt prøve garanterer ikke stabilitet fra batch til batch
At opnå den nødvendige overfladefilmtykkelse på en enkelt prøve betyder ikke nødvendigvis, at processen er klar til masseproduktion. DPC-fremstilling kræver også streng kontrol af belægningens ensartethed mellem for- og bagfladerne, mellem substratets midter- og kantområder, på tværs af forskellige fiksturpositioner og fra batch til batch. For keramiske substrater, der indeholder et stort antal mikroviaer, bør procesevalueringen ikke udelukkende fokusere på den gennemsnitlige filmtykkelse. Endnu vigtigere er det, at det tyndeste område af viaens sidevæg konsekvent skal opretholde den elektriske ledningsevne, der kræves til efterfølgende galvanisering.
3. Hvad sker der, når frølaget ikke er korrekt aflejret?
Ti/Cu-kimlaget danner det ledende fundament, der kræves til efterfølgende galvanisering. Hvis kimlaget på viaens sidevæg er for tyndt, ufuldstændigt dækket eller indeholder diskontinuiteter, kan galvaniseringsstrømmen ikke overføres kontinuerligt langs sidevæggen, og kobberioner kan ikke reduceres og aflejres korrekt på de defekte steder. Efterhånden som galvaniseringen skrider frem, og kobberlaget opbygges, kan i starten mindre områder med utilstrækkelig dækning udvikle sig til hulrum i kobberlaget, lokaliserede tykkelsesmangler eller diskontinuerlig belægning i viaen.
Disse defekter påvirker direkte sammenkoblingskvaliteten af kredsløbene på for- og bagsiden af det keramiske substrat. I mindre alvorlige tilfælde kan de resultere i øget via-modstand, lokal varmeudvikling og udsving i den elektriske ydeevne. I mere alvorlige tilfælde kan kredsløbene på de to sider muligvis ikke opnå elektrisk kontinuitet. Under efterfølgende lodning, højtemperaturældning eller termisk cykling kan defekte områder yderligere udvikle blæredannelse, delaminering eller kredsløbsrevnedannelse, hvilket reducerer produktudbyttet og den langsigtede pålidelighed og potentielt resulterer i enhedsfejl.
4. Zhenhua Vacuums masseproduktionsløsning til keramisk substrat via metallisering — DPC keramisk substrat vakuumbelægningsproduktionslinje
Udstyrsfordele:
Automatisering: Et fuldautomatisk system til belægning og emnetransport reducerer manuel indgriben, samtidig med at produktionseffektiviteten forbedres og den samlede cyklustid forkortes.
Gennemløb: Understøtter substrater på 120 mm × 120 mm med en produktionskapacitet på op til 288 stk. i timen.
Ydeevne: Forbedrer den elektriske ledningsevne og forbedrer samtidig varmeafledningsevnen af det keramiske substrat.
Via-metallisering: En optimeret magnetfeltkonfiguration muliggør effektiv og ensartet belægningsdækning i mikrovias.
Proces: Understøtter dobbeltsidet belægning for at forbedre den samlede filmtykkelsesensartethed og belægningskonsistensen.
Anvendelser:
Udstyret kan aflejre en række forskellige elementære metalfilm, herunder Ti, Cu, Al, Sn, Cr, Ag og Ni, og har været bredt anvendt i halvleder- og elektroniske komponentindustrier til applikationer som keramiske substrater, keramiske kondensatorer og LED-keramiske pakker/understøtninger.
5. Konklusion
Zhenhua Vacuum fokuserer på front-end vakuumsputteringsprocessen til DPC-fremstilling. Ved at forbedre microvia-sidevægsdækningen og kombinere dobbeltsidet belægningsteknologi med automatiseret produktion, leverer løsningen stabile Ti/Cu-frølag til efterfølgende galvanisering og pålidelig via-forbindelse. Dette hjælper kunderne med at opnå ensartet masseproduktion, samtidig med at det understøtter en bredere anvendelse af DPC-keramiske substrater i halvleder- og avancerede elektroniske applikationer.
- Denne artikel blev udgivet af producent af vakuumbelægningsudstyrZhenhua Støvsuger
Opslagstidspunkt: 27. august 2026