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DPC陶瓷基板表面研磨技術(shù)

21 2023-04-12
DPC陶瓷基板

DPC陶瓷基板具有導(dǎo)熱/耐熱性好、圖形精度高、可垂直互連等技術(shù)優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于功率半導(dǎo)體照明（白光LED）、殺菌消毒（深紫外LED）、激光與光通信（LD&VCSEL）、熱電制冷（TEC）等領(lǐng)域。

DPC陶瓷基板制備工藝流程

DPC陶瓷基板制備工藝如上圖，主要包括：

1）在陶瓷基片上濺射金屬種子層（Ti/Cu）；
2）貼感光干膜；
3）通過曝光、顯影，形成圖形；
4）采用圖形電鍍工藝增厚銅層；
5）基板表面研磨（控制銅層厚度與均勻性）；
6）去干膜，刻蝕種子層，最后表面處理（如化學(xué)鍍銀或鎳金等）。

在DPC陶瓷基板制備過程中，由于電鍍電流分布不均勻，導(dǎo)致基板表面電鍍銅層厚度不均勻（厚度差可超過100μm），表面研磨是控制電鍍銅層厚度，提高銅層厚度均勻性的關(guān)鍵工藝，直接影響陶瓷基板的性能和器件封裝質(zhì)量。

由于銅材料延展性好，研磨過程中容易產(chǎn)生塑性變形（出現(xiàn)劃痕或銅皮），研磨工藝挑戰(zhàn)性極大。對DPC陶瓷基板表面銅層進(jìn)行研磨，可用的研磨技術(shù)主要有4種：

1）砂帶研磨

砂帶研磨是一種常用的金屬表面粗磨技術(shù)，使用表面含磨料的砂帶滾輪，對傳送帶上的樣品進(jìn)行快速研磨，研磨效率較高。

砂帶研磨示意圖

砂帶研磨的研磨速率明顯高于數(shù)控研磨和陶瓷刷磨，但研磨表面粗糙度較大，厚度均勻度也較差。且銅層邊緣出現(xiàn)明顯的塑性變形導(dǎo)致的殘缺現(xiàn)象。


2）數(shù)控研磨

數(shù)控研磨主要使用數(shù)控磨床，首先在磨床刀頭上貼附砂紙，通過刀頭快速旋轉(zhuǎn)，研磨吸附在平臺上的陶瓷基板。數(shù)控研磨工序簡單，研磨較為均勻，但砂紙消耗量大，且需要手工更換。

數(shù)控研磨示意圖

3）陶瓷刷磨


陶瓷刷磨是使用高速旋轉(zhuǎn)的滾輪表面陶瓷/金剛石復(fù)合磨料，對傳送帶上以一定速度運動的陶瓷基板進(jìn)行磨削。由于滾軸上的壓力傳感器可以控制研磨壓力及橡膠的緩沖作用，陶瓷刷磨可有效控制基板表面銅層厚度及其均勻性。

陶瓷刷磨示意圖

4）化學(xué)機(jī)械拋光法（CMP）


當(dāng)對DPC陶瓷基板表面要求較高時，CMP加工時首選研磨技術(shù)，如部分光電器件（如激光器LD和VCSEL）對陶瓷基板固晶區(qū)質(zhì)量要求進(jìn)一步提高（要求表面粗糙度低于0.1μm，厚度極差小于10μm），則必須采用CMP。

CMP技術(shù)原理

由于CMP研磨液中的磨料顆粒粒徑較小，研磨效率低，因此CMP僅適用于對表面質(zhì)量要求較高的精磨處理，且必須結(jié)合數(shù)控研磨和陶瓷刷磨等前處理工藝進(jìn)行。

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