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AlN-Substratrohlinge für die DBC- und DPC-Herstellung: Wichtige Parameter, die die Ausbeute bei der Verarbeitung beeinflussen

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Substrate aus Aluminiumnitrid-Keramik

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Mit der Weiterentwicklung von SiC- und GaN-Leistungsbauelementen sowie elektronischen Hochleistungssystemen stellen keramische Metallisierungsprozesse wie DBC (Direct Bonded Copper) und DPC (Direct Plated Copper) immer höhere Anforderungen an AlN-Substrate hinsichtlich Maßhaltigkeit, Ebenheit, Oberflächenbeschaffenheit, Wärmeleitfähigkeit und Chargenkonsistenz.

Für DBC- und DPC-Verarbeitungsunternehmen sowie Hersteller von Leistungsmodulgehäusen ist ein häufig übersehenes Problem in der Produktion, dass die Ausbeute bei der Produktverarbeitung zwischen verschiedenen Chargen immer noch schwanken kann, selbst wenn die Parameter des nachfolgenden Metallisierungsprozesses weitgehend stabil bleiben.

Solche Probleme sind nicht unbedingt auf den Metallisierungsprozess selbst zurückzuführen. Wenn Abweichungen bei der Dickentoleranz, Ebenheit, Oberflächenqualität und bei inneren Defekten der AlN-Substratrohlinge – dem Ausgangsmaterial für die nachfolgende Verarbeitung – auftreten, können sich diese Unterschiede während der Metallisierung, Strukturierung und des Dicing weiter verstärken, was letztendlich zu einer abnormalen Grenzflächenhaftung, verarbeitungsbedingten Rissen, Maßabweichungen oder Veränderungen der Prozessfenster zwischen den Chargen führt.

Daher sollten sich die Beschaffungskriterien für Substratrohlinge bei DBC- und DPC-Projekten, die eine langfristige Massenproduktion erfordern, nicht allein auf die Materialgüte und Maßspezifikationen beschränken; es ist zudem unerlässlich sicherzustellen, dass sie die Anforderungen der nachfolgenden Prozesse hinsichtlich Abmessungen, Oberflächenqualität und Gleichmäßigkeit konsistent erfüllen können.

1. Warum sollte bei der DBC- und DPC-Fertigung auf AlN-Substratrohlinge geachtet werden?

In der tatsächlichen Produktion sind AlN-Substratrohlinge nicht die endgültigen metallisierten Produkte, sondern vielmehr die Ausgangsmaterialien für die nachfolgende Verarbeitung. Der ursprüngliche Zustand des Substrats wirkt sich direkt auf das Prozessfenster aus, wenn es in Prozesse wie DBC und DPC eintritt.

Beispiele:

• Eine unzureichende Ebenheit kann die Vakuumadsorption, die Ausrichtung der Halterung und die Qualität der anschließenden Laminierung beeinträchtigen;

• Große Abweichungen bei der Dicke und der TTV (Total Thickness Variation) können die Konsistenz der strukturellen Abmessungen und der Wärmepfade des Produkts verringern;

• Eine instabile Oberflächenrauheit oder -reinheit kann das Risiko von Anomalien bei der anschließenden Bearbeitung der Metallschicht erhöhen;

• Defekte wie Absplitterungen und Mikrorisse können sich während der Handhabung, der Metallisierung oder des Dicing weiter ausbreiten.

Daher sollte sich der Käufer bei Projekten zur Serienfertigung nicht darauf konzentrieren, ob eine einzelne Probe die Spezifikationen erfüllt, sondern vielmehr darauf, ob der Lieferant über verschiedene Chargen hinweg eine gleichbleibende Materialqualität gewährleisten kann.