با پیشرفت تراشه‌ها و دستگاه‌های الکترونیکی به سمت کوچک‌سازی و ادغام بیشتر، ساخت مدار صرفاً بر روی سطح زیرلایه‌های سرامیکی دیگر نمی‌تواند نیازهای فزاینده اتصال و مسیریابی را برآورده کند. بنابراین، میکروویوها برای اتصال الکتریکی قسمت‌های جلویی و پشتی زیرلایه مورد نیاز هستند که مسیرهای اتصال را کوتاه کرده و تراکم مدار را افزایش می‌دهند. در نتیجه، DPC (مس اندود شده مستقیم) از طریق فناوری متالیزاسیون به طور گسترده در کاربردهایی از جمله LEDها، لیزرها، ارتباطات نوری، دستگاه‌های RF و الکترونیک قدرت مورد استفاده قرار گرفته است.
با این حال، زیرلایه‌های سرامیکی ذاتاً عایق الکتریکی هستند. تشکیل ساده‌ی میکروویوها از طریق زیرلایه، پیوستگی الکتریکی بین دو طرف را برقرار نمی‌کند. چالش واقعی، تشکیل یک لایه‌ی بذر فلزی پیوسته و قابل اعتماد در امتداد دیواره‌های داخلی میکروویوها است.
۱. چگونه پیوستگی الکتریکی از طریق میکروویوهای سرامیکی برقرار می‌شود؟
DPC از طریق متالیزاسیون معمولاً با سوراخکاری لیزری برای تشکیل میکروویوها در زیرلایه سرامیکی، عموماً به شکل سوراخ‌های مخروطی یا مستقیم، آغاز می‌شود. سپس میکروویوها و سطح زیرلایه کاملاً تمیز و گاززدایی می‌شوند تا بقایای سوراخکاری، رطوبت و سایر آلاینده‌ها از بین بروند. متعاقباً از یک فرآیند پاشش خلاء برای رسوب یک لایه چسبندگی تیتانیوم، معمولاً با ضخامت 50 تا 200 نانومتر، و به دنبال آن یک لایه بذر رسانای مس، معمولاً با ضخامت 0.5 تا 2 میکرومتر، روی سطح زیرلایه و در امتداد دیواره‌های داخلی میکروویوها استفاده می‌شود.
لایه تیتانیوم به عنوان یک لایه چسبندگی برای بهبود استحکام پیوند بین فیلم فلزی و زیرلایه سرامیکی عمل می‌کند، در حالی که لایه بذر مس یک پایه رسانای پیوسته برای آبکاری الکتریکی بعدی فراهم می‌کند. سپس لایه مس با آبکاری الکتریکی، معمولاً تا ضخامت 5 تا 20 میکرومتر، بیشتر ساخته می‌شود و در نهایت پیوستگی الکتریکی قابل اعتمادی بین مدارهای جلویی و پشتی از طریق مسیرها (vias) فلزی شده ایجاد می‌شود. به عبارت ساده، پاشش خلاء پایه رسانا را فراهم می‌کند، در حالی که آبکاری الکتریکی بعدی ضخامت مس را افزایش می‌دهد و در نتیجه مقاومت مسیر را کاهش داده و قابلیت اطمینان اتصال را بهبود می‌بخشد.
اگرچه این فرآیند ساده به نظر می‌رسد، اما قابلیت اطمینان از طریق اتصال داخلی به یک پیش‌نیاز حیاتی بستگی دارد: لایه بذر Ti/Cu باید به طور کامل و مداوم سطح زیرلایه و کل دیواره داخلی هر میکروویو را بپوشاند.
2. چهار چالش کلیدی لایه‌های بذر Ti/Cu با روش کندوپاش خلاء برای DPC Vias
تشکیل یک لایه بذر پیوسته در داخل میکروویوهای باریک به هیچ وجه ساده نیست. بقایای باقی مانده در داخل ویاها می‌توانند چسبندگی فیلم را به خطر بیندازند، در حالی که هندسه میکروویو پوشش دیواره جانبی را به طور فزاینده‌ای دشوار می‌کند. ناپیوستگی‌های موضعی در لایه بذر می‌تواند آبکاری الکتریکی بعدی را مختل کند، در حالی که تغییرات بین مکان‌های مختلف زیرلایه و دسته‌های تولید می‌تواند بر پایداری کلی فرآیند تأثیر بگذارد. چالش‌های کلیدی کندوپاش خلاء برای DPC از طریق متالیزاسیون را می‌توان در چهار حوزه خلاصه کرد.
۱. باقی‌مانده‌های مواد داخل ویاس‌ها می‌توانند چسبندگی فیلم را به خطر بیندازند
پس از سوراخکاری لیزری، زیرلایه‌های سرامیکی ممکن است حاوی ذرات سرامیکی، مواد ریخته‌گری مجدد، بقایای حفاری و رطوبت جذب‌شده در داخل میکروویوها باشند. برای میکروویوهایی با قطر کوچک و نسبت ابعاد بالا، حذف این باقیمانده‌ها اغلب بسیار دشوارتر از آلودگی سطح است. اگر تمیز کردن و گاززدایی کافی نباشد، لایه چسبندگی تیتانیوم ممکن است پیوند قوی و قابل اعتمادی با دیواره جانبی سرامیکی تشکیل ندهد. چنین نقص‌هایی ممکن است بلافاصله پس از پوشش‌دهی آشکار نشوند، اما می‌توانند به تدریج در طول آبکاری الکتریکی، لحیم‌کاری یا عملیات دمای بالا به تاول و لایه‌لایه شدن تبدیل شوند.
۲. نسبت‌های ابعادی بالاتر، پوشش دیواره‌های جانبی را دشوارتر می‌کند.
سختی کندوپاش یک میکروویا را نمی‌توان صرفاً با عمق آن ارزیابی کرد؛ نسبت بین عمق ویا و قطر ویا - نسبت ابعاد - نیز به همان اندازه مهم است. به عنوان مثال، یک ویا با قطر 60 میکرومتر و عمق 300 میکرومتر، نسبت ابعاد 5:1 دارد. با افزایش نسبت ابعاد، ورودی ویا سایه هندسی بیشتری از ذرات کندوپاش شده ایجاد می‌کند و تعداد ذراتی را که می‌توانند به قسمت میانی دیواره جانبی برسند، کاهش می‌دهد. این می‌تواند منجر به ایجاد لایه‌های نسبتاً ضخیم روی سطح زیرلایه و نزدیک دهانه ویا شود، در حالی که قسمت میانی دیواره جانبی ویا به طور قابل توجهی نازک‌تر یا حتی ناپیوسته می‌شود.
۳. یک لایه بذر ناقص می‌تواند از اتصال متقابل قابل اعتماد از طریق (Via) جلوگیری کند.
الزام اساسی فلزکاری DPC از طریق via صرفاً این نیست که آیا مس روی دیواره via وجود دارد یا خیر، بلکه این است که آیا لایه بذر Ti/Cu می‌تواند به طور مداوم از سمت جلوی زیرلایه، در امتداد کل دیواره via، به سمت عقب گسترش یابد یا خیر. حتی یک ناپیوستگی کوچک در لایه بذر می‌تواند مسیر رسانایی مورد نیاز برای آبکاری الکتریکی بعدی را قطع کند. بنابراین، کیفیت لایه بذر را نمی‌توان صرفاً با ظاهر سطح یا ضخامت متوسط فیلم ارزیابی کرد. باید به نازک‌ترین بخش دیواره via و اینکه آیا رسانایی الکتریکی پیوسته در سراسر مسیر متالیزه شده حفظ می‌شود یا خیر، توجه ویژه‌ای شود.
۴. قبولی در یک نمونه، پایداری دسته به دسته را تضمین نمی‌کند.
دستیابی به ضخامت لایه سطحی مورد نیاز در یک نمونه واحد لزوماً به معنای آماده بودن فرآیند برای تولید انبوه نیست. تولید DPC همچنین نیاز به کنترل دقیق یکنواختی پوشش بین سطوح جلویی و پشتی، بین نواحی مرکزی و لبه‌ای زیرلایه، در موقعیت‌های مختلف فیکسچر و از دسته‌ای به دسته دیگر دارد. برای زیرلایه‌های سرامیکی حاوی تعداد زیادی میکروویو، ارزیابی فرآیند نباید صرفاً بر ضخامت متوسط لایه متمرکز باشد. مهمتر از آن، نازک‌ترین ناحیه دیواره جانبی ویا باید به طور مداوم رسانایی الکتریکی مورد نیاز برای آبکاری الکتریکی بعدی را حفظ کند.
۳. چه اتفاقی می‌افتد وقتی لایه بذر به درستی رسوب نکند؟
لایه بذر Ti/Cu پایه رسانای مورد نیاز برای آبکاری الکتریکی بعدی را فراهم می‌کند. اگر لایه بذر روی دیواره جانبی via خیلی نازک باشد، به طور ناقص پوشانده شده باشد یا حاوی ناپیوستگی باشد، جریان آبکاری الکتریکی نمی‌تواند به طور مداوم در امتداد دیواره جانبی منتقل شود و یون‌های مس نمی‌توانند به درستی کاهش یافته و در مکان‌های معیوب رسوب کنند. با پیشرفت آبکاری الکتریکی و تشکیل لایه مس، در ابتدا نواحی کوچکی که پوشش کافی ندارند می‌توانند به حفره‌های لایه مس، کمبودهای ضخامت موضعی یا آبکاری ناپیوسته در via تبدیل شوند.
این نقص‌ها مستقیماً بر کیفیت اتصال مدارهای جلویی و پشتی زیرلایه سرامیکی تأثیر می‌گذارند. در موارد خفیف‌تر، می‌توانند منجر به افزایش مقاومت الکتریکی، تولید گرمای موضعی و نوسانات عملکرد الکتریکی شوند. در موارد جدی‌تر، مدارهای دو طرف ممکن است نتوانند به پیوستگی الکتریکی دست یابند. در طول لحیم‌کاری بعدی، فرسودگی در دمای بالا یا چرخه‌های حرارتی، نواحی معیوب ممکن است بیشتر دچار تاول، لایه‌لایه شدن یا ترک خوردن مدار شوند که باعث کاهش بازده محصول و قابلیت اطمینان درازمدت و به طور بالقوه منجر به خرابی دستگاه می‌شود.
۴. راهکار تولید انبوه زیرلایه سرامیکی از طریق متالیزاسیون توسط شرکت Zhenhua Vacuum — خط تولید پوشش خلاء زیرلایه سرامیکی DPC
مزایای تجهیزات:
اتوماسیون: یک سیستم انتقال پوشش و حامل قطعه کار کاملاً خودکار، دخالت دستی را کاهش می‌دهد و در عین حال راندمان تولید را بهبود می‌بخشد و زمان چرخه کلی را کوتاه می‌کند.
توان عملیاتی: از زیرلایه‌های ۱۲۰ میلی‌متر × ۱۲۰ میلی‌متر با ظرفیت تولید تا ۲۸۸ عدد در ساعت پشتیبانی می‌کند.
عملکرد: رسانایی الکتریکی را بهبود می‌بخشد و در عین حال عملکرد اتلاف حرارت بستر سرامیکی را افزایش می‌دهد.
متالیزاسیون از طریق: پیکربندی بهینه میدان مغناطیسی، پوشش کارآمد و یکنواختی را در میکروویوها فراهم می‌کند.
فرآیند: از پوشش دو طرفه پشتیبانی می‌کند تا یکنواختی کلی ضخامت فیلم و ثبات پوشش را بهبود بخشد.
کاربردها:
این تجهیزات می‌توانند انواع لایه‌های فلزی عنصری، از جمله Ti، Cu، Al، Sn، Cr، Ag و Ni را رسوب دهند و به طور گسترده در صنایع نیمه‌هادی و قطعات الکترونیکی برای کاربردهایی مانند زیرلایه‌های سرامیکی، خازن‌های سرامیکی و بسته‌ها/پایه‌های سرامیکی LED به کار گرفته شده‌اند.
۵. نتیجه‌گیری
شرکت Zhenhua Vacuum بر فرآیند پاشش خلأ در سطح جلویی برای تولید DPC تمرکز دارد. این راهکار با افزایش پوشش دیواره جانبی میکروویا و ترکیب فناوری پوشش دو طرفه با تولید خودکار، لایه‌های بذر Ti/Cu پایدار را برای آبکاری الکتریکی بعدی و از طریق اتصال داخلی قابل اعتماد فراهم می‌کند. این امر به مشتریان کمک می‌کند تا به تولید انبوه ثابت دست یابند و در عین حال از پذیرش گسترده‌تر زیرلایه‌های سرامیکی DPC در کاربردهای نیمه‌هادی و الکترونیکی پیشرفته پشتیبانی می‌کنند.
-این مقاله توسط ... منتشر شده است تولیدکننده تجهیزات پوشش‌دهی در خلاءخلاء ژنهوا
زمان ارسال: 27 آگوست 2026