PCB Blog - セラミック回路基板技術の紹介

1、DPC技術

DPC（Direct Plating Copper）薄膜技術はマグネトロンスパッタリング技術を利用して銅薄膜を製造する方法である。目標データが銅である銅ターゲットを真空チャンバに置き、マグネトロンスパッタリング技術により銅ターゲット表面にプラズマを発生させ、プラズマ中のイオンを用いてターゲット表面を衝撃し、それを微粒子にスパッタリングし、基板上に堆積して銅薄膜を形成する。

DPCセラミック基板プロセスは薄膜回路プロセスに基づいており、マグネトロンスパッタリングによりセラミック表面の金属化を実現し、電気めっきにより銅層の厚さが10ミクロン以上であることを実現している。DPCプロセスパイプには真空めっき膜、湿式めっき膜、露光現像、エッチングなどのプロセスが含まれているため、DPC技術を使用した製品のセラミック回路基板は価格が高い。DPCプロセスはほとんどのセラミック基板に適している。

外形加工の面では、DPCセラミックス板はレーザー切断されたパイプを採用する必要があり、従来のドリルフライスとパンチプレスでは正確な加工ができないため、結合力と線幅の現距離もより細かくなる。金属の結晶性が良く、平坦度が良く、線路が脱落しにくく、しかも線路位置がより正確で、線距離がより小さく、信頼性が安定しているなどの利点がある。

DPC技術のセラミック回路基板のプロセスフローは：

まずレーザーを用いてセラミックス基板上に貫通孔を作製する（孔径は一般的に60μ m~120μ m、その後、超音波を用いてセラミックス基板を洗浄し、マグネトロンスパッタリング技術を用いてセラミックス基板表面に金属シード層（Ti/Cuターゲット、、、、、、、フォトリソグラフィ、現像により線路層の作製を完了した。電気めっきによる穴埋めと金属線路層の厚くし、表面処理により基板の半田付け可能性と耐酸化性を高め、最後に乾燥膜を除去し、シード層をエッチングして基板の製造を完了した。

DPCセラミックス基板の製造先端にはトランジスタマイクロ加工技術（スパッタリングめっき、フォトリソグラフィ、現像など、、、、後端にはプリント配線板（PCB、製造技術（パターンめっき、穴埋め、表面研磨、エッチング、表面処理）などを採用した。

DPCテクノロジー

DPCセラミック基板の利点

1、トランジスタ微細加工技術を採用し、セラミックス基板上の金属線路はより精密（線幅/線距離が30まで低いμ m~50μ mである、線路層の厚みに関係するため、DPCセラミック基板は精度に対する要求が高いマイクロエレクトロニクスデバイスパッケージに好適である.

2、レーザー穴あけとメッキ穴埋め技術を用いて、セラミックス基板の上下表面の垂直相互接続を実現し、電子部品の三次元パッケージと集積を実現でき、部品の体積を下げることができる。

3、めっき成長を用いて線路層の厚さを制御する（一般的には10μ m~100μ m、そして研磨によって線路層の表面粗さを低下、高温、大電流デバイスのパッケージ需要を満たす.

4、低温製造技術（300℃以下、高温が基板データと金属線路層に与える悪影響を回避し、同時に生産コストも低減した。

2、DBC科学技術

DBC（Direct Bonding Copper）プロセスは、銅箔をアルミナまたは窒化アルミニウムセラミックス基板表面に直接結合する金属化方法である。その基本原理はCuとセラミックスの間に酸素元素を導入し、その後1065-1083℃でCu/O共晶液相を形成し、さらにセラミックス基体および銅箔と反応してCuAIO 2またはCu（AIO 2）2を生成し、中間相の作用下で銅箔と基体の結合を実現することである。

DBCセラミック基板は図形精度が高く、垂直相互接続が可能で、生産コストが低いなどの科学技術優勢を有し、大電力LED照明、自動車ヘッドライトなどの大電力LED分野、半導体レーザ、電力電子パワーデバイス、マイクロ波、光通信、VCSEL、無線周波デバイスなどの応用分野に普遍的に応用でき、市場空間が大きい。

レーザはレーザ装置のコア部品であり、高出力半導体レーザは主にヒートシンクによって放熱される。窒化アルミニウムセラミックヒートシンク（DBCプロセス）は現在主流のレーザヒートシンク基板であり、高出力トランジスタのレーザチップボンディングの需要を満たすことができ、光通信、高出力LEDパッケージ、半導体レーザと光ファイバレーザのポンプ源製造などの分野で応用の将来性が広い。車載レーザレーダ光源VCSELがEELの代わりになる傾向にあり、DPCセラミックス基板は高出力VCSELパッケージにおいて重要な地位を占めている。

DBCテクノロジー

3、AMBテクノロジー

AMB（Active Metal Brazing）プロセスは、800℃前後の高温で、活性元素Ti、Zrを含むAg系半田を用いてセラミックスと金属の界面で湿潤し反応させ、セラミックスと金属異質結合を実現するプロセス技術である。AMBセラミックス基板用Ag基粉体及びその半田ペースト製品は酸素含有量が低く、純度が高く、球形度が高いという特徴がある。その結合はセラミックスと活性金属ろう材の温度での化学反応によって実現され、AMBで使用されているSi 3 N 4セラミックスは従来のAI 2 O 3セラミックス基板に比べて高い熱伝導率（>90 W/mK 25℃）を持ち、シリコンの熱膨張係数（2.6 x 10-6/K）に近い。そのため、AMB基板は高い接着強度と信頼性を持っている。

AMBセラミックス基板用Ag基粉体及びそのはんだペースト製品は、酸素含有量が低く、清浄度が高く、球形度が高いという特徴がある。

IGBTセラミックライニングボードは新しいプロセステクノロジーに属し、その中でAMBプロセステクノロジーのセラミックライニングボードも徐々に新エネルギー自動車のIGBTモジュールに応用されている。

IGBT放熱はパワーモジュールの性能にとって非常に重要であり、現在のIGBTモジュールの大部分はDBCプロセスを採用している。作業電圧、性能要求の継続的な向上に伴い、AMBプロセス科学技術のセラミック基板は上述の痛み点をよりよく解決でき、DBC、AMBよりも熱伝導性、耐熱性、耐衝撃性があり、現在、この科学技術は自動車分野だけでなく、宇宙、軌道交通、工業電力網分野で広く応用されている。

AMBテクノロジー

以上、セラミック回路基板の3つのプロセス技術、DPC技術、DBC技術、AMB技術の利点と不足を紹介しました。より詳細なサポートが必要な場合は、iPCB回路株式会社と連絡することができます。