Keďže čipy a elektronické zariadenia sa neustále vyvíjajú smerom k miniaturizácii a vyššej integrácii, výroba obvodov výlučne na povrchu keramických substrátov už nedokáže spĺňať čoraz náročnejšie požiadavky na prepojenie a smerovanie. Na elektrické prepojenie prednej a zadnej strany substrátu sú preto potrebné mikrootvory, čím sa skracujú prepojovacie cesty a zvyšuje hustota obvodov. V dôsledku toho sa technológia DPC (priame pokovovanie medi) prostredníctvom metalizácie široko používa v aplikáciách vrátane LED diód, laserov, optickej komunikácie, RF zariadení a výkonovej elektroniky.
Keramické substráty sú však vo svojej podstate elektricky izolačné. Samotné vytvorenie mikrootvorov cez substrát nezabezpečí elektrickú kontinuitu medzi oboma stranami. Skutočnou výzvou je vytvorenie súvislej a spoľahlivej kovovej vrstvy semien pozdĺž vnútorných stien mikrootvorov.
1. Ako sa zabezpečuje elektrická kontinuita pomocou keramických mikrootvorov?
DPC metalizácia zvyčajne začína laserovým vŕtaním, aby sa v keramickom substráte vytvorili mikrootvory, zvyčajne vo forme zúžených alebo priamych otvorov. Mikrootvory a povrch substrátu sa potom dôkladne vyčistia a odplynia, aby sa odstránili zvyšky po vŕtaní, vlhkosť a iné nečistoty. Následne sa na povrch substrátu a pozdĺž vnútorných stien mikrootvorov nanesie adhézna vrstva Ti, zvyčajne s hrúbkou 50 – 200 nm, a po nej vodivá vrstva Cu, zvyčajne s hrúbkou 0,5 – 2 μm.
Vrstva Ti slúži ako adhézna vrstva na zlepšenie pevnosti spoja medzi kovovým filmom a keramickým substrátom, zatiaľ čo vrstva Cu poskytuje súvislý vodivý základ pre následné galvanické pokovovanie. Medená vrstva sa potom ďalej vytvára galvanickým pokovovaním, zvyčajne na hrúbku 5 – 20 μm, čím sa v konečnom dôsledku zabezpečí spoľahlivá elektrická kontinuita medzi obvodmi na prednej a zadnej strane cez metalizované prechody. Jednoducho povedané, vákuové naprašovanie poskytuje vodivý základ, zatiaľ čo následné galvanické pokovovanie zvyšuje hrúbku medi, čím sa znižuje odpor prechodov a zlepšuje sa spoľahlivosť prepojenia.
Hoci sa proces javí ako jednoduchý, spoľahlivé prepojenie viečok závisí od jedného kritického predpokladu: vrstva semien Ti/Cu musí úplne a nepretržite pokrývať povrch substrátu a celú vnútornú stenu každej mikrootvorovej vrstvy.
2. Štyri kľúčové výzvy vákuového naprašovania Ti/Cu vrstiev zárodkov pre DPC prechody
Vytvorenie súvislej vrstvy semien vo vnútri úzkych mikrootvorov nie je ani zďaleka jednoduché. Zvyšky zostávajúce vo vnútri otvorov môžu ohroziť priľnavosť filmu, zatiaľ čo geometria mikrootvorov čoraz viac sťažuje pokrytie bočných stien. Lokálne diskontinuity vo vrstve semien môžu prerušiť následné galvanické pokovovanie, zatiaľ čo rozdiely medzi rôznymi umiestneniami substrátu a výrobnými šaržami môžu ovplyvniť celkovú stabilitu procesu. Kľúčové výzvy vákuového naprašovania pre DPC prostredníctvom metalizácie možno zhrnúť do štyroch oblastí.
1. Zvyšky vo vnútri priechodov môžu ohroziť priľnavosť filmu
Po vŕtaní laserom môžu keramické substráty obsahovať keramické častice, prepracovaný materiál, nečistoty z vŕtania a adsorbovanú vlhkosť vo vnútri mikrootvorov. Pri mikrootvoroch s malými priemermi a vysokými pomermi strán je často oveľa ťažšie odstrániť tieto zvyšky ako povrchovú kontamináciu. Ak je čistenie a odplynenie nedostatočné, adhézna vrstva Ti nemusí vytvoriť silnú a spoľahlivú väzbu s keramickou bočnou stenou. Takéto defekty sa nemusia prejaviť okamžite po nanesení povlaku, ale môžu sa postupne vyvinúť do pľuzgierov a delaminácie počas následného galvanického pokovovania, spájkovania alebo prevádzky pri vysokých teplotách.
2. Vyššie pomery strán sťažujú pokrytie bočných stien
Náročnosť naprašovania mikrootvoru nemožno hodnotiť iba podľa jeho hĺbky; rovnako dôležitý je pomer medzi hĺbkou otvoru a jeho priemerom – pomer strán. Napríklad otvor s priemerom 60 μm a hĺbkou 300 μm má pomer strán 5:1. S rastúcim pomerom strán vytvára vstup do otvoru väčšie geometrické tieňovanie naprašovaných častíc, čím sa znižuje počet častíc, ktoré môžu dosiahnuť strednú časť bočnej steny. To môže viesť k relatívne hrubým filmom na povrchu substrátu a v blízkosti otvoru otvoru, zatiaľ čo stredná časť bočnej steny otvoru sa stáva výrazne tenšou alebo dokonca nespojitou.
3. Neúplná vrstva semien môže zabrániť spoľahlivému prepojeniu Via
Základnou požiadavkou DPC via metalizácie nie je len to, či je meď prítomná na stene prechodu, ale či sa vrstva semenníka Ti/Cu môže plynule rozprestierať od prednej strany substrátu pozdĺž celej bočnej steny prechodu až po zadnú stranu. Aj malá diskontinuita v vrstve semenníka môže prerušiť vodivú dráhu potrebnú pre následné galvanické pokovovanie. Preto nemožno kvalitu vrstvy semenníka hodnotiť iba podľa vzhľadu povrchu alebo priemernej hrúbky filmu. Osobitnú pozornosť treba venovať najtenšej časti bočnej steny prechodu a tomu, či je v celej metalizovanej dráhe zachovaná nepretržitá elektrická vodivosť.
4. Testovanie jednej vzorky nezaručuje stabilitu medzi jednotlivými šaržami
Dosiahnutie požadovanej hrúbky povrchovej vrstvy na jednej vzorke nemusí nevyhnutne znamenať, že proces je pripravený na hromadnú výrobu. Výroba DPC si tiež vyžaduje prísnu kontrolu rovnomernosti povlaku medzi predným a zadným povrchom, medzi stredovou a okrajovou oblasťou substrátu, naprieč rôznymi polohami upínacieho prípravku a od šarže k šarži. Pri keramických substrátoch obsahujúcich veľký počet mikrootvorov by sa hodnotenie procesu nemalo zameriavať výlučne na priemernú hrúbku vrstvy. A čo je dôležitejšie, najtenšia oblasť bočnej steny otvoru musí konzistentne udržiavať elektrickú vodivosť potrebnú pre následné galvanické pokovovanie.
3. Čo sa stane, keď vrstva semien nie je správne uložená?
Vrstva semenníka Ti/Cu poskytuje vodivý podklad potrebný pre následné galvanické pokovovanie. Ak je vrstva semenníka na bočnej stene prechodu príliš tenká, nie je úplne pokrytá alebo obsahuje diskontinuity, galvanický prúd sa nemôže prenášať kontinuálne pozdĺž bočnej steny a ióny medi sa nemôžu správne redukovať a ukladať na chybných miestach. Ako galvanické pokovovanie pokračuje a vrstva medi sa hromadí, spočiatku malé oblasti s nedostatočným pokrytím sa môžu vyvinúť do dutín v medenej vrstve, lokalizovaných nedostatkov hrúbky alebo diskontinuálneho pokovovania v rámci prechodu.
Tieto chyby priamo ovplyvňujú kvalitu prepojenia obvodov na prednej a zadnej strane keramického substrátu. V menej závažných prípadoch môžu viesť k zvýšenému odporu prechodov, lokalizovanému vytváraniu tepla a kolísaniu elektrického výkonu. V závažnejších prípadoch nemusia obvody na oboch stranách dosiahnuť elektrickú kontinuitu. Počas následného spájkovania, starnutia pri vysokých teplotách alebo tepelných cyklov sa v chybných oblastiach môže ďalej vyvíjať tvorba pľuzgierov, delaminácia alebo praskanie obvodu, čo znižuje výťažnosť produktu a dlhodobú spoľahlivosť a môže viesť k poruche zariadenia.
4. Riešenie spoločnosti Zhenhua Vacuum pre hromadnú výrobu keramických substrátov prostredníctvom metalizácie – výrobná linka na vákuové nanášanie povlakov na keramické substráty DPC
Výhody zariadenia:
Automatizácia: Plne automatizovaný systém nanášania povrchovej úpravy a presunu nosičov obrobkov znižuje manuálne zásahy a zároveň zvyšuje efektivitu výroby a skracuje celkový čas cyklu.
Priepustnosť: Podporuje substráty s rozmermi 120 mm × 120 mm s výrobnou kapacitou až 288 kusov za hodinu.
Výkon: Zlepšuje elektrickú vodivosť a zároveň zvyšuje výkon odvádzania tepla keramickým substrátom.
Metalizácia prechodov: Optimalizovaná konfigurácia magnetického poľa umožňuje efektívne a rovnomerné pokrytie povlakom v rámci mikroprechodov.
Proces: Podporuje obojstranné nanášanie povlaku pre zlepšenie celkovej rovnomernosti hrúbky filmu a konzistencie povlaku.
Aplikácie:
Zariadenie dokáže nanášať rôzne elementárne kovové filmy vrátane Ti, Cu, Al, Sn, Cr, Ag a Ni a široko sa používa v polovodičovom a elektronickom priemysle pre aplikácie, ako sú keramické substráty, keramické kondenzátory a keramické puzdrá/nosiče LED diód.
5. Záver
Spoločnosť Zhenhua Vacuum sa zameriava na proces vákuového naprašovania na prednej strane výroby DPC. Vďaka vylepšenému pokrytiu bočných stien mikrootvorov a kombinácii technológie obojstranného nanášania s automatizovanou výrobou poskytuje riešenie stabilné vrstvy Ti/Cu pre následné galvanické pokovovanie a spoľahlivé prepojenie. To pomáha zákazníkom dosiahnuť konzistentnú hromadnú výrobu a zároveň podporuje širšie prijatie keramických DPC substrátov v polovodičových a pokročilých elektronických aplikáciách.
-Tento článok bol publikovaný spoločnosťou výrobca zariadení na vákuové nanášanieVákuum Zhenhua
Čas uverejnenia: 27. augusta 2026