Etter hvert som brikker og elektroniske enheter fortsetter å utvikle seg mot miniatyrisering og høyere integrasjon, kan ikke kretsfabrikasjon utelukkende på overflaten av keramiske substrater lenger oppfylle de stadig mer krevende kravene til sammenkobling og ruting. Mikroviaer er derfor nødvendige for å koble elektrisk sammen for- og baksiden av substratet, noe som forkorter sammenkoblingsbanene og øker kretstettheten. Som et resultat har DPC (Direct Plated Copper) via metalliseringsteknologi blitt bredt tatt i bruk i applikasjoner som LED-er, lasere, optisk kommunikasjon, RF-enheter og kraftelektronikk.
Keramiske substrater er imidlertid iboende elektrisk isolerende. Det å bare danne mikroviaer gjennom substratet etablerer ikke elektrisk kontinuitet mellom de to sidene. Den virkelige utfordringen er å danne et kontinuerlig og pålitelig metallisk kimlag langs de indre veggene av mikroviaene.
1. Hvordan etableres elektrisk kontinuitet gjennom keramiske mikroviaer?
DPC via metallisering begynner vanligvis med laserboring for å danne mikroviaer i det keramiske substratet, vanligvis i form av koniske eller rett gjennomgående hull. Mikroviaene og substratoverflaten rengjøres deretter grundig og avgasses for å fjerne borerester, fuktighet og andre forurensninger. En vakuumsputteringsprosess brukes deretter til å avsette et Ti-adhesjonslag, vanligvis 50–200 nm tykt, etterfulgt av et Cu-ledende frølag, vanligvis 0,5–2 μm tykt, på substratoverflaten og langs de indre veggene av mikroviaene.
Ti-laget fungerer som et heftlag for å forbedre bindingsstyrken mellom metallfilmen og det keramiske substratet, mens Cu-kimlaget gir et kontinuerlig ledende grunnlag for påfølgende galvanisering. Kobberlaget bygges deretter videre opp ved galvanisering, vanligvis til en tykkelse på 5–20 μm, noe som til slutt etablerer pålitelig elektrisk kontinuitet mellom kretsene på for- og baksiden gjennom de metalliserte viaene. Enkelt sagt gir vakuumsputtering det ledende grunnlaget, mens påfølgende galvanisering bygger opp kobbertykkelsen, og reduserer dermed via-motstanden og forbedrer sammenkoblingens pålitelighet.
Selv om prosessen virker enkel, avhenger pålitelig via-sammenkobling av én kritisk forutsetning: Ti/Cu-frølaget må dekke substratoverflaten og hele den indre veggen til hver mikrovia fullstendig og kontinuerlig.
2. Fire viktige utfordringer med vakuumsputtering av Ti/Cu-frølag for DPC-viaer
Det er langt fra enkelt å danne et kontinuerlig kimlag inne i smale mikroviaer. Rester som blir igjen inne i viaene kan svekke filmens adhesjon, mens mikrovia-geometrien gjør sideveggdekning stadig vanskeligere. Lokale diskontinuiteter i kimlaget kan forstyrre påfølgende galvanisering, mens variasjoner mellom forskjellige substratlokasjoner og produksjonsbatcher kan påvirke den generelle prosessstabiliteten. De viktigste utfordringene med vakuumsputtering for DPC via metallisering kan oppsummeres i fire områder.
1. Rester inne i viaene kan svekke filmens heft
Etter laserboring kan keramiske substrater inneholde keramiske partikler, omstøpt materiale, borerester og adsorbert fuktighet inne i mikroviaene. For mikroviaer med små diametre og høye sideforhold er disse restene ofte mye vanskeligere å fjerne enn overflateforurensning. Hvis rengjøring og avgassing er utilstrekkelig, kan det hende at Ti-heftlaget ikke danner en sterk og pålitelig binding med den keramiske sideveggen. Slike defekter blir kanskje ikke umiddelbart synlige etter belegg, men kan gradvis utvikle seg til blemmer og delaminering under påfølgende galvanisering, lodding eller høytemperaturdrift.
2. Høyere sideforhold gjør det vanskeligere å dekke sidevegger
Sputtervanskeligheten til en mikrovia kan ikke evalueres utelukkende ut fra dens dybde; forholdet mellom viaens dybde og viaens diameter – sideforholdet – er like viktig. For eksempel har en via med en diameter på 60 μm og en dybde på 300 μm et sideforhold på 5:1. Etter hvert som sideforholdet øker, skaper viainngangen større geometrisk skyggelegging av sputterede partikler, noe som reduserer antallet partikler som kan nå den midtre delen av sideveggen. Dette kan resultere i relativt tykke filmer på substratoverflaten og nær viaåpningen, mens den midtre delen av viaens sidevegg blir betydelig tynnere eller til og med diskontinuerlig.
3. Et ufullstendig frølag kan forhindre pålitelig via-sammenkobling
Det grunnleggende kravet til DPC via metallisering er ikke bare om kobber er tilstede på via-veggen, men om Ti/Cu-kimlaget kan strekke seg kontinuerlig fra forsiden av substratet, langs hele via-sideveggen, til baksiden. Selv en liten diskontinuitet i kimlaget kan avbryte den ledende banen som kreves for påfølgende galvanisering. Derfor kan ikke kimlagets kvalitet evalueres utelukkende ut fra overflateutseende eller gjennomsnittlig filmtykkelse. Spesiell oppmerksomhet må rettes mot den tynneste delen av via-sideveggen og om kontinuerlig elektrisk ledningsevne opprettholdes gjennom hele den metalliserte banen.
4. Godkjenning av én enkelt prøve garanterer ikke stabilitet fra batch til batch
Å oppnå den nødvendige overflatefilmtykkelsen på en enkelt prøve betyr ikke nødvendigvis at prosessen er klar for masseproduksjon. DPC-produksjon krever også streng kontroll av beleggens ensartethet mellom for- og bakflatene, mellom substratets midt- og kantområder, på tvers av forskjellige fiksturposisjoner og fra batch til batch. For keramiske substrater som inneholder et stort antall mikroviaer, bør prosessevalueringen ikke fokusere utelukkende på gjennomsnittlig filmtykkelse. Enda viktigere er det at det tynneste området av viaens sidevegg konsekvent opprettholder den elektriske ledningsevnen som kreves for påfølgende galvanisering.
3. Hva skjer når frølaget ikke er riktig avsatt?
Ti/Cu-kimlaget danner det ledende grunnlaget som kreves for påfølgende galvanisering. Hvis kimlaget på via-sideveggen er for tynt, ufullstendig dekket eller inneholder diskontinuiteter, kan ikke galvaniseringsstrømmen overføres kontinuerlig langs sideveggen, og kobberioner kan ikke reduseres og avsettes ordentlig på de defekte stedene. Etter hvert som galvaniseringen fortsetter og kobberlaget bygger seg opp, kan i utgangspunktet mindre områder med utilstrekkelig dekning utvikle seg til hulrom i kobberlaget, lokaliserte tykkelsesmangler eller diskontinuerlig belegging i via-en.
Disse defektene påvirker direkte sammenkoblingskvaliteten til kretsene på for- og baksiden av det keramiske substratet. I mindre alvorlige tilfeller kan de føre til økt viamotstand, lokal varmeutvikling og svingninger i elektrisk ytelse. I mer alvorlige tilfeller kan det hende at kretsene på de to sidene ikke oppnår elektrisk kontinuitet. Under påfølgende lodding, høytemperaturaldring eller termisk sykling kan defekte områder videre utvikle blemmer, delaminering eller kretssprekker, noe som reduserer produktutbyttet og den langsiktige påliteligheten, og potensielt kan føre til enhetsfeil.
4. Zhenhua Vacuums masseproduksjonsløsning for keramisk substrat via metallisering — DPC keramisk substrat vakuumbeleggproduksjonslinje
Utstyrsfordeler:
Automatisering: Et helautomatisert system for belegg og overføring av arbeidsstykke til bærer reduserer manuell inngripen, samtidig som det forbedrer produksjonseffektiviteten og forkorter den totale syklustiden.
Gjennomstrømning: Støtter substrater på 120 mm × 120 mm med en produksjonskapasitet på opptil 288 stk. per time.
Ytelse: Forbedrer elektrisk ledningsevne samtidig som den forbedrer varmespredningsytelsen til det keramiske substratet.
Via-metallisering: En optimalisert magnetfeltkonfigurasjon muliggjør effektiv og jevn beleggdekning i mikroviaer.
Prosess: Støtter dobbeltsidig belegg for å forbedre den generelle filmtykkelsen og beleggkonsistensen.
Bruksområder:
Utstyret kan avsette en rekke elementære metallfilmer, inkludert Ti, Cu, Al, Sn, Cr, Ag og Ni, og har blitt mye brukt i halvleder- og elektroniske komponentindustrier for applikasjoner som keramiske substrater, keramiske kondensatorer og LED-keramiske pakker/støtter.
5. Konklusjon
Zhenhua Vacuum fokuserer på front-end vakuumsputtering for DPC-produksjon. Ved å forbedre microvia-sideveggdekning og kombinere dobbeltsidig beleggteknologi med automatisert produksjon, gir løsningen stabile Ti/Cu-frølag for påfølgende galvanisering og pålitelig via-sammenkobling. Dette hjelper kundene med å oppnå jevn masseproduksjon samtidig som det støtter bredere bruk av DPC-keramiske substrater i halvleder- og avanserte elektroniske applikasjoner.
– Denne artikkelen ble publisert av produsent av vakuumbeleggsutstyrZhenhua Vakuum
Publisert: 27. august 2026