金屬化陶瓷基板上的直接鍍銅 (DPC) 工藝最初是為了取代直接鍵合銅 (DBC) 工藝而創(chuàng)建的，因?yàn)樗哂懈玫碾姎?、熱和機(jī)械性能。與 DBC 相比，由于使用了薄膜粘合層，DPC 在 Al2O3/AlN 基板和銅金屬之間提供了非常強(qiáng)的粘合強(qiáng)度。DPC對(duì)銅層的厚度控制也有很好的能力，從很薄到很厚。對(duì)于細(xì)間距設(shè)計(jì)，可以輕松獲得 3 mil 的最小導(dǎo)線寬度/間距，并且通孔用銅填充以獲得良好的電氣和熱特性。通過使用所提出的 DPC 基板，在其特性和應(yīng)用方面，可以獲得優(yōu)于其他技術(shù)的性能，包括高電路密度、出色的高頻特性、出色的熱管理和傳熱性能、出色的可焊性和導(dǎo)線-鍵合裝配特性。因此，這些 DPC 基板可廣泛用于需要高功率和高熱量的高頻元件。
在薄膜工藝中，基于薄膜電路工藝，通過磁控濺射實(shí)現(xiàn)陶瓷表面金屬化，通過電鍍實(shí)現(xiàn)銅層和金成的厚度大于10微米以上，即 DPC( Direct Plate Copper-直接鍍銅基板)。
薄膜陶瓷電路板是通過磁控濺射技術(shù)在陶瓷的表面形成金屬層，然后采用電鍍，外型，表面處理等，最終在陶瓷基板上制作出超細(xì)線條電路圖形。磁控濺射是物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition，PVD）的一種。一般的濺射法可被用于制備金屬、半導(dǎo)體、絕緣體等多材料，且具有鍍膜面積大和附著力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
由于所描述的過程和使用的材料，DPC 過程的幾個(gè)關(guān)鍵屬性可以總結(jié)如下：
?卓越的熱性能
?低電阻導(dǎo)線
?溫度穩(wěn)定 > 340°C
?準(zhǔn)確的特征定位，兼容自動(dòng)化的大幅面裝配
?細(xì)線分辨率允許高密度的設(shè)備和電路
?久經(jīng)考驗(yàn)的可靠性
?機(jī)械堅(jiān)固的陶瓷結(jié)構(gòu)
?高性能陶瓷解決方案
DPC金屬化基板的應(yīng)用可以選擇在高亮度LED（HBLED）、太陽能聚光電池基板、功率半導(dǎo)體封裝和汽車電機(jī)控制。此外，對(duì)于需要非常低損耗的射頻/微波組件，可以考慮使用具有優(yōu)異電氣性能的 DPC 基板。
為了將 DPC 基板用于射頻/微波應(yīng)用，必須提取介電特性。介電特性對(duì)于電子封裝設(shè)計(jì)來說是一個(gè)非常重要的問題，因?yàn)殡娦袨楹艽蟪潭壬鲜芨哳l下的介電常數(shù)和介電損耗的影響。
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圖1具有不同輸出連接的 DPC 微帶并聯(lián)耦合諧振器：(a) PCMR1 和 (b) PCMR4。
在已發(fā)表的文獻(xiàn)中有許多報(bào)道的方法。許多這些方法有一個(gè)或幾個(gè)限制，例如昂貴和復(fù)雜的儀器、難以制造的固定裝置、測量的介電特性僅對(duì)一個(gè)特定頻率有效、可重復(fù)性差以及無法同時(shí)獲得介電常數(shù)和介電損耗. 然而，在本文中，使用一種簡單的方法來獲得準(zhǔn)確的介電因子，以進(jìn)行進(jìn)一步的基板設(shè)計(jì)和仿真。
使用諧振器的計(jì)算機(jī)模型來提取介電數(shù)據(jù)。一旦使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD) 模擬器對(duì)電路進(jìn)行準(zhǔn)確建模，就可以通過將模擬器的預(yù)測與測量的特性進(jìn)行比較來確定基板的介電特性。微波領(lǐng)域的許多研究人員已經(jīng)證明了這種經(jīng)驗(yàn)/分析方法。
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圖2微帶并聯(lián)耦合諧振器的測量和仿真結(jié)果：(a) PCMR1 和 (b) PCMR4。
因此，為了提取 DPC 基板的高頻介電數(shù)據(jù)，制造了兩個(gè)在寬帶寬上具有不同零點(diǎn)的改進(jìn)型微帶平行耦合諧振器。圖1顯示了平行耦合微帶諧振器 (PCMR) 的照片。所示 PCMR1 在較低頻率處影響傳輸零點(diǎn)的深度；PCMR4 在更高頻率處生成具有更深深度的傳輸零點(diǎn)。兩個(gè)諧振器具有相同的耦合線結(jié)構(gòu)，線距為 570 mil，間距為 12 mil，但輸出連接相反。從兩個(gè) PCMR 的測量結(jié)果來看，這些零點(diǎn)足以在寬帶頻率響應(yīng)下以良好的精度內(nèi)插正確的介電值。然而，PCMR1 和 PCMR4 的第一個(gè)傳輸零點(diǎn)分別位于 5.2 和 4.2 GHz，并且在頻帶上的每個(gè)諧振頻率處大致重復(fù)。為了對(duì)諧振器進(jìn)行初步模擬，介電常數(shù)為 9.5，介電損耗為 0。
測試裝置包括一個(gè) Agilent E8364A 網(wǎng)絡(luò)分析儀、一個(gè)帶有兩個(gè) K 連接器同軸輸入端口的 Anritsu 通用測試夾具，以及一個(gè)帶有微帶諧振器的接地平面支持的 DPC 金屬化基板。此外，采用了TRL校準(zhǔn)，使用DPC制造的校準(zhǔn)套件在PCMR的同一參考平面上進(jìn)行校準(zhǔn)。圖 2顯示了 PCMR1 和 PCMR4 的模擬插入損耗和測量插入損耗之間的比較。
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圖3微帶并聯(lián)耦合諧振器的測量和仿真結(jié)果。
從測量結(jié)果來看，很明顯假設(shè)的介電值是有誤差的，在較高頻率下誤差會(huì)增加。為了提取正確的介電常數(shù)和介電損耗，在 ADS Momentum 中調(diào)整這些值以匹配頻率響應(yīng)，直到預(yù)測的零與測量的零匹配。圖 3顯示了在調(diào)整介電參數(shù)后兩個(gè) PCMR 高達(dá) 14 GHz 的擬合結(jié)果。在這種情況下，DPC基板的這兩個(gè)參數(shù)的介電常數(shù)分別從9.5上升到9.75，介電損耗從0.0004上升到0.002。這些值比較高頻率下的假設(shè)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，可廣泛用于基板設(shè)計(jì)和仿真。
圖4使用 DPC 技術(shù)的 10 GHz 并行耦合線路濾波器的照片。
為了驗(yàn)證提取的介電數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，演示了在 DPC 基板上制造的微波濾波器。該BPF采用并聯(lián)耦合線結(jié)構(gòu)，中心頻率為10GHz，帶寬為15%，等紋波響應(yīng)為0.1dB，采用三階拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖4所示。使用提取的介電常數(shù)和介電損耗，使用 ADS Momentum 設(shè)計(jì)和優(yōu)化 BPF。TRL 校準(zhǔn)套件也在 DPC 基板上制造，以覆蓋 4 至 14 GHz 的頻率范圍。
借助這些測試標(biāo)準(zhǔn)，可以對(duì) Anritsu 測試夾具的同軸到微帶轉(zhuǎn)換以及連接到濾波器輸入和輸出端口的微帶線進(jìn)行去嵌入。測得的插入損耗和回波損耗如圖 5所示?；谶@些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過在 EM 模擬器中使用提取的介電值，可以很好地預(yù)測濾波器響應(yīng)。測得的 BPF 插入損耗在 10 GHz 時(shí)僅為 0.5 dB。它清楚地表明，采用陶瓷基板和銅導(dǎo)體制造的 DPC 工藝在高頻下具有出色的低損耗性能，并具有出色的用于射頻封裝和微波設(shè)備的能力。
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圖5?10 GHz DPC 并聯(lián)耦合線路濾波器的測量和仿真特性。
結(jié)論
本文介紹了一種 DPC 金屬化基板，包括特點(diǎn)及應(yīng)用、電氣特性提取和微波電路設(shè)計(jì)。由于采用陶瓷基板和金屬化銅導(dǎo)體，DPC基板實(shí)現(xiàn)了良好的高頻電特性。同時(shí)，提出了一種獲取DPC基板介電常數(shù)和介電損耗的簡單提取方法，并構(gòu)建了具有0.5 dB插入損耗的10 GHz平行耦合線BPF進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。這篇文章清楚地表明，DPC 金屬化基板非常適合射頻和微波封裝設(shè)計(jì)，具有出色的低損耗性能。
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