I takt med att chip och elektroniska enheter fortsätter att utvecklas mot miniatyrisering och högre integration, kan kretstillverkning enbart på ytan av keramiska substrat inte längre uppfylla de alltmer krävande kraven på sammankoppling och routing. Mikrovias krävs därför för att elektriskt ansluta substratets fram- och baksida, vilket förkortar sammankopplingsvägarna och ökar kretstätheten. Som ett resultat har DPC (Direct Plated Copper) via metalliseringsteknik använts i stor utsträckning i tillämpningar som lysdioder, lasrar, optisk kommunikation, RF-enheter och kraftelektronik.
Keramiska substrat är dock i sig elektriskt isolerande. Att bara forma mikrovias genom substratet upprättar inte elektrisk kontinuitet mellan de två sidorna. Den verkliga utmaningen är att bilda ett kontinuerligt och tillförlitligt metalliskt frölager längs mikrovias innerväggar.
1. Hur upprättas elektrisk kontinuitet genom keramiska mikrovias?
DPC via metallisering börjar vanligtvis med laserborrning för att bilda mikrovior i det keramiska substratet, vanligtvis i form av avsmalnande eller rakt genomgående hål. Mikroviorna och substratytan rengörs sedan noggrant och avgasas för att avlägsna borrrester, fukt och andra föroreningar. En vakuumsputtringsprocess används därefter för att avsätta ett Ti-vidhäftningslager, vanligtvis 50–200 nm tjockt, följt av ett ledande Cu-frölager, vanligtvis 0,5–2 μm tjockt, på substratytan och längs mikroviornas innerväggar.
Ti-skiktet fungerar som ett vidhäftningsskikt för att förbättra bindningsstyrkan mellan metallfilmen och det keramiska substratet, medan Cu-fröskiktet ger en kontinuerlig ledande grund för efterföljande elektroplätering. Kopparskiktet byggs sedan upp ytterligare genom elektroplätering, vanligtvis till en tjocklek av 5–20 μm, vilket slutligen etablerar tillförlitlig elektrisk kontinuitet mellan kretsarna på fram- och baksidan genom de metalliserade viorna. Enkelt uttryckt ger vakuumsputtring den ledande grunden, medan efterföljande elektroplätering bygger upp koppartjockleken, vilket minskar vioresistansen och förbättrar sammankopplingstillförlitligheten.
Även om processen verkar enkel, beror tillförlitlig via-sammankoppling på en kritisk förutsättning: Ti/Cu-frölagret måste helt och kontinuerligt täcka substratytan och hela innerväggen på varje mikrovia.
2. Fyra viktiga utmaningar med vakuumsputtring av Ti/Cu-frölager för DPC-vias
Att bilda ett kontinuerligt fröskikt inuti smala mikrovias är långt ifrån enkelt. Rester som finns kvar inuti vias kan försämra filmens vidhäftning, medan mikroviageometrin gör sidoväggstäckningen allt svårare. Lokala diskontinuiteter i fröskiktet kan avbryta efterföljande elektroplätering, medan variationer mellan olika substratplatser och produktionsbatcher kan påverka den övergripande processstabiliteten. De viktigaste utmaningarna med vakuumsputtring för DPC via metallisering kan sammanfattas i fyra områden.
1. Rester inuti viorna kan äventyra filmens vidhäftning
Efter laserborrning kan keramiska substrat innehålla keramiska partiklar, omgjutet material, borrskräp och adsorberad fukt inuti mikroviorna. För mikrovior med små diametrar och höga sidförhållanden är dessa rester ofta mycket svårare att ta bort än ytkontaminering. Om rengöring och avgasning är otillräcklig kan Ti-vidhäftningsskiktet inte bilda en stark och tillförlitlig bindning med den keramiska sidoväggen. Sådana defekter kanske inte blir omedelbart uppenbara efter beläggning, utan kan gradvis utvecklas till blåsor och delaminering under efterföljande elektroplätering, lödning eller högtemperaturdrift.
2. Högre bildförhållanden gör det svårare att täcka sidoväggarna
Sputtringssvårigheten hos en mikrovia kan inte utvärderas enbart utifrån dess djup; förhållandet mellan via-djupet och via-diametern – bildförhållandet – är lika viktigt. Till exempel har en via med en diameter på 60 μm och ett djup på 300 μm ett bildförhållande på 5:1. När bildförhållandet ökar skapar via-ingången större geometrisk skuggning av sputtrade partiklar, vilket minskar antalet partiklar som kan nå sidoväggens mittsektion. Detta kan resultera i relativt tjocka filmer på substratytan och nära via-öppningen, medan via-sidoväggens mittsektion blir betydligt tunnare eller till och med diskontinuerlig.
3. Ett ofullständigt frölager kan förhindra tillförlitlig via-sammankoppling
Det grundläggande kravet för DPC-viametallisering är inte bara huruvida koppar finns på viaväggen, utan om Ti/Cu-frölagret kan sträcka sig kontinuerligt från substratets framsida, längs hela viasidväggen, till baksidan. Även en liten diskontinuitet i frölagret kan avbryta den ledande vägen som krävs för efterföljande elektroplätering. Därför kan frölagrets kvalitet inte utvärderas enbart utifrån ytans utseende eller genomsnittlig filmtjocklek. Särskild uppmärksamhet måste ägnas åt den tunnaste delen av viasidväggen och huruvida kontinuerlig elektrisk ledningsförmåga bibehålls genom hela den metalliserade vägen.
4. Att godkänna ett enda prov garanterar inte stabilitet från batch till batch
Att uppnå den erforderliga ytfilmstjockleken på ett enda prov betyder inte nödvändigtvis att processen är redo för massproduktion. DPC-tillverkning kräver också noggrann kontroll av beläggningens enhetlighet mellan fram- och bakytor, mellan substratets mitt- och kantområden, över olika fixturpositioner och från sats till sats. För keramiska substrat som innehåller ett stort antal mikrovias bör processutvärderingen inte enbart fokusera på genomsnittlig filmtjocklek. Ännu viktigare är att den tunnaste delen av vias sidoväggen konsekvent måste bibehålla den elektriska ledningsförmåga som krävs för efterföljande elektroplätering.
3. Vad händer när frölagret inte är korrekt avsatt?
Ti/Cu-fröskiktet utgör den ledande grund som krävs för efterföljande elektroplätering. Om fröskiktet på viaens sidovägg är för tunt, ofullständigt täckt eller innehåller diskontinuiteter, kan elektropläteringsströmmen inte överföras kontinuerligt längs sidoväggen, och kopparjoner kan inte reduceras ordentligt och avsättas på de defekta platserna. Allt eftersom elektropläteringen fortskrider och kopparskiktet byggs upp, kan initialt mindre områden med otillräcklig täckning utvecklas till hålrum i kopparskiktet, lokala tjockleksbrister eller diskontinuerlig plätering inuti viaen.
Dessa defekter påverkar direkt sammankopplingskvaliteten hos kretsarna på fram- och baksidan av det keramiska substratet. I mindre allvarliga fall kan de resultera i ökat via-motstånd, lokal värmeutveckling och fluktuationer i elektrisk prestanda. I mer allvarliga fall kan kretsarna på de två sidorna misslyckas med att uppnå elektrisk kontinuitet. Under efterföljande lödning, högtemperaturåldring eller termisk cykling kan defekta områden ytterligare utveckla blåsor, delaminering eller kretssprickbildning, vilket minskar produktutbytet och den långsiktiga tillförlitligheten och potentiellt leder till enhetsfel.
4. Zhenhua Vacuums massproduktionslösning för keramiska substrat via metallisering — DPC keramiska substrat vakuumbeläggningsproduktionslinje
Utrustningsfördelar:
Automation: Ett helautomatiskt system för beläggning och överföring av arbetsstycke till transportör minskar manuella ingrepp samtidigt som produktionseffektiviteten förbättras och den totala cykeltiden förkortas.
Genomströmning: Stöder substrat på 120 mm × 120 mm med en produktionskapacitet på upp till 288 st per timme.
Prestanda: Förbättrar den elektriska ledningsförmågan samtidigt som den förbättrar värmeavledningsförmågan hos det keramiska substratet.
Viametallisering: En optimerad magnetfältkonfiguration möjliggör effektiv och enhetlig beläggningstäckning i mikrovias.
Process: Stöder dubbelsidig beläggning för att förbättra den övergripande filmtjocklekens enhetlighet och beläggningens konsistens.
Användningsområden:
Utrustningen kan avsätta en mängd olika elementära metallfilmer, inklusive Ti, Cu, Al, Sn, Cr, Ag och Ni, och har använts i stor utsträckning inom halvledar- och elektronikkomponentindustrin för applikationer som keramiska substrat, keramiska kondensatorer och LED-keramiska kapslar/stöd.
5. Slutsats
Zhenhua Vacuum fokuserar på front-end vakuumsputtringsprocessen för DPC-tillverkning. Genom att förbättra mikrovia-sidväggstäckningen och kombinera dubbelsidig beläggningsteknik med automatiserad produktion, tillhandahåller lösningen stabila Ti/Cu-frölager för efterföljande elektroplätering och tillförlitlig via-sammankoppling. Detta hjälper kunderna att uppnå en konsekvent massproduktion samtidigt som det stöder en bredare användning av DPC-keramiska substrat i halvledar- och avancerade elektroniska applikationer.
-Denna artikel publicerades av tillverkare av vakuumbeläggningsutrustningZhenhua Vacuum
Publiceringstid: 27 augusti 2026