Fachbeitrag
Fachbeitrag:
Copper Plated Ceramic ( CPC ) Substarte
Der Trend in der Mikromontage und Mikroelektronik geht zu immer kleineren und leistungsfähigeren Schaltungen und Aufbauten.
Die ständige Leistungssteigerung der Halbleiterschaltungen und die immer höheren Ansprüche der Kunden bezüglich der Integration stellen an die Materialien und Prozesse von Schaltungsträgern immer neue Aufgaben. Das galvanische Metallisieren ist nicht neu, allerdings wurde es im Hinblick auf die oben genannten Trends von ADVANCED INTERCONNECTION TECHNOLOGY Ltd (AIT) weiterentwickelt und verfeinert. Es gibt keinen speziellen Standard dieser sogenannten COPPER PLATTED CERAMIC (CPC) Technik, denn sie ist sehr flexibel. Die Leistungsfähigkeit der von AIT produzierten CPC Substrate gewinnt immer mehr an Bedeutung.
CPC Substrate bieten viele Vorteile
Mit der von AIT entwickelten und angewanden
CPC Technik können ca. 80 % der Leistungsfähigkeit eines
Dünnschicht-Substrates zu ca. 20 % der Kosten realisiert werden und eine
Schaltung anstelle auf einem 4-lagigen Dickschicht-Substrat auf 2 CPC Lagen
realisiert werden. Außerdem können bedingt durch die gute Leitfähigkeit der
Kupferleiter größere Ströme auf kleinerer Fläche fließen. Zudem können mit
dem CPC Verfahren auch die Seiten der Substrate metallisiert werden.
Die Schlüsselparameter können je nach Kundenanforderung angepasst werden. Zum
Beispiel benötigt ein Powermodul eine dicke Metallisierung, um den
Leistungswiderstand gering zu halten. Ein High-Density-Board hingegen benötigt
eine hohe Leiterbildauflösung, was auf Kosten eines höheren
Leitungswiderstands geht. Beide Anforderungen können mit den gleichen
Basisprozessen erfolgen, nur eine Änderung der Fotolackschicht und der
Belichtung ist erforderlich.
(AIT) hat das galvanische Aufbringen von Metallen weiter entwickelt und verfeinert, dass Kupferstärken bis 300 um aufgebracht werden können. Die Lichtbild-Auflösung richtet sich nach der Kupferdicke; bei 10 um Kupferschichtdicke können Strukturen von 20 um erzeugt werden, bei einer Kupferschichtdicke von 100 um liegt die Auflösung bei 100 um.
Herstellen
von CPC Substraten
Die
Fertigung eines CPC Substrates erfolgt folgendermaßen:
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Metallisierung des Substrates durch Aufbringen einer dünnen leitenden Basisschicht
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Aufbringen des Fotolack
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Belichten mit UV-Licht und Entwickeln des Fotolackes
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Galvanische Metallisierung
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Entfernen des Fotolackes und der darunter liegenden leitenden Basisbeschichtung
Abb. 1 zeigt ein fertiges CPC Substrat.
Abb. 1 Beispiel eines doppelseitigen CPC Substrats
Vielfältige Anwendungen
dank hervorragender Eigenschaften
CPC Substarte kommen dort zum Einsatz, wo Dickschicht- und
Dünnschicht-Hybride verwendet werden oder FR4-Leiterplatten an Ihre Grenzen
stoßen. Der einfache und reproduzierbare CPC Prozess kann Dünnschicht- und
Dickschicht-Schaltungen häufig preisgünstig ersetzen. Die Hauptvorteile der
verkupferten Keramik-Substrate sind:
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Höhere Schaltungsdichte als auf FR4, FR2, PTFE, Polyimid und in der Dickschicht Technologie
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Sehr gutes Temperatur-Management und Wärmeableitungs-Vermögen
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Hervorragende Lötbarkeit und Drahtbond-Charakteristik
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Niedrige Werkzeugkosten und schnelles Amortisieren der Prototypen
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Vielseitigkeit
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Substarte sind sehr robust
CPC Substrate werden eingesetzt, wenn das Leiterbild
Signalfunktionen wie Filter oder Koppler übernimmt. Keramiksubstrate haben
generell gute Hochfrequenz- Eigenschaften. Das 99,6 % Aluminiumoxid-Substrat hat
weniger Verluste und weniger Streuung als das 96% Aluminiumoxid-Substrat. Beide
können bis zu einer Frequenz bis 10 GHz eingesetzt werden. Bei höheren
Frequenzen tendiert der Einsatz zum 99,6% Aluminiumoxid-Substrat. Bei der CPC
Substrat-Technik kann das Layout sehr genau und reproduzierbar umgesetzt werden.
Die sehr gute Hochfrequenz-Charakteristik der CPC Substrate ist optimal für
Anwendungen bis 40 GHz.
Ein wichtiger Schritt beim Entwickeln von elektronischen Systemen ist das
Zerlegen des Systems in Sub-Module, welche separat gefertigt und getestet werden
können. Auch hier sind CPC Substrate günstig, denn mit selektiven
Endmetallisierungen sind Die- und Wirebonden sowie Löten auf einem Substrat
möglich. Je nach Bondprozess erfolgt eine entsprechende Metallisierung, z. B.
Kupfer und Nickel/Gold.
Abb. 2: Bestücktes 3D CPC Substrat
Wenn Montage- und Packungsproblem beseitigt werden müssen, kommen dreidimensionale CPC zum Einsatz (Abb. 2). Es gibt Anwendungen, bei denen die Seiten des Substarts metallisiert werden müssen. Dabei ist die Schlüsselfrage, wie man den Fotoresist auf die Seiten aufbringt und wie die Belichtung durchgeführt werden kann. Hier gibt es u. a. die Möglichkeit, den Fotolack elektrostatisch aufzubringen.
Dreidimensionale CPC Substrate finden Einzug in der Fiberoptik-Industrie (Abb. 3)
Abb. 3: 3D WDM-Verbinder auf CBC-Basis
Hier gibt es einige spezifische Anwendungen, wo das Bonden des optischen Sensors und das Drahtbonden auf einer der Seiten des Substrates durchgeführt wird. Dieser Prozess bringt eine erhebliche Vereinfachung bei der Umsetzung von optischen in elektrische Signale.
Die vielen positiven Eigenschaften machen CPC Substrate für Power-Module und andere Anwendungen sehr interessant. Aufgrund der guten Leitfähigkeit der Kupferschicht auf dem Substrat und der sehr guten Wärmeableitung der Keramik kann mit sehr hohen Strömen auf kleiner Fläche gearbeitet werden. Die Kombination von Keramik und Kupfer ergibt nahezu ideale Bedingungen für den Wärme- und Stromhaushalt. Schon bei einer Kupferschicht von 50 um können mehrere 10 A ohne Probleme fließen und bei einer Leiterhöhe von 100 um kann ein Leiterabstand von 100 um realisiert werden. Die benötigten Flächen sollen immer kleiner werden bei gleicher Stromstärke, hier kommen CPC Substrate zum Tragen.
Es ist auch möglich das auf einem CPC Substart der
Powerteil mit dicker Kupferauflage für hohe Ströme und der Steuerteil mit
dünner Kupferauflage und sehr feiner Auflösung aufgebracht sind. Das bedeutet
das auch Dünndraht-Bonden auf sehr kleinen Pads durchgeführt werden kann.
Zusammenfassung
CPC ist eine sehr kosteneffektive Technologie mit zahlreichen Anwendungsgebieten. Die einzigartige Technologie kombiniert das beste Leitermaterial, reines Kupfer, mit einem Isolator nahezu idealer Charakteristik. Das gute Temperatur-Management und Wärmeableitungs-Vermögen von CPC Substraten ist kombinierbar mit einer hervorragenden Lötbarkeit und Drahtbond-Charakteristik. Merkmale der CPC Substrate sind:
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Kupferleiter mit 1 m/Ohm Widerstand bei 25 um Dicke sowie einem thermischen Widerstand von 400 W/mK, die keine Dispersion im interessanten Frequenzbereich ergeben
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Aluminiumoxid ist ein außerordentlich guter Isolator mit einem thermischen Widerstand von 26 W/mK und keiner Dispersion im interessanten Frequenzbereich
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Leiterbildauflösung (Leiterbreite und -abstand) von unter 50 um
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Ausführung als ein- und doppelseitige Schaltung mit Durchkontaktierungen und dreidimensionaler Metallisierung
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Verschiedene Endoberflächen möglich (Nickel/Gold, Zinn/Blei, Stromlos Silber und anderer) sowie Lötstoppmaske
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Hervorragend geeignet für Drahtbonden und Löten
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Umwelttfreundlich, da vollständig recycelbar
Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an:
HUBERT HEUSNER Industrievertretungen / Handel
Ernst-Reuter-Straße 48
Tel: 06106-646439
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