Technische

Keramisches Substrat bezieht sich auf eine spezielle Prozessplatte, in der bei sehr hoher Temperatur Kupferfolie direkt an die Oberfläche (einseitig oder doppelseitig) von Al gebunden ist₂O₃ oder AlN keramisches Substrat. Das ultradünne Verbundsubstrat hat ausgezeichnete elektrische Isolationseigenschaften, hohe Wärmeleitfähigkeit, ausgezeichnete Lötbarkeit und hohe Haftfestigkeit und kann in verschiedene Muster wie eine Leiterplatte geätzt werden und hat eine große Stromtragfähigkeit. Daher sind keramische Substrate zum Grundmaterial für die Hochleistungs-elektronische Schaltungsstruktur-Technologie und die Verbindungstechnologie geworden.

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Keramisches Substrat bringt die neue Entwicklung der Wärmeabfuhr Anwendungsindustrie. Aufgrund der Charakteristik seiner Wärmeabfuhr und des Vorteils hoher Wärmeabfuhr, niedriger Wärmebeständigkeit, langer Nutzungszeit und widerstandsfähiger Spannung, mit Technikverbesserung und Ausrüstungsverbesserung und beschleunigter Rationalisierung des Produktpreises wird der Anwendungsbereich in der LED-Industrie erweitert, wie z. B. Anzeigelicht von Haushaltsprodukten, Automobillampen, Straßenlampen und großen Outdoor-Plakaten usw. Die erfolgreiche Entwicklung von keramischen Substraten bietet bessere Dienstleistungen für Innenbeleuchtung und Außenbeleuchtungsprodukte und erweitert die zukünftigen Marktbereiche der LED-Industrie.

Spezifikationen

• Starke mechanische Belastung, stabile Form; hohe Festigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Isolierung; starke Verbindungskraft, Korrosionsschutz.
• Gute thermische Zyklusleistung mit bis zu 50.000 Zyklen, hohe Zuverlässigkeit
• Kann grafische Ätzung auf es tun, das ist das gleiche wie PCB-Platte oder (IMS-Substrat), keine Verschmutzung und keine schädliche
• Verwendung Temperatur: -55 ℃ -850 ℃; der thermische Ausdehnungskoeffizient nahe Silizium liegt, vereinfacht den Produktionsprozess des Leistungsmoduls

Art

Ⅰ. Teilen nach Material

1. Aluminiumoxid (Al)₂O₃)

Al₂O₃ Substrat ist das häufigste Grundmaterial in der Elektroindustrie. In Bezug auf die mechanische, thermische und elektrische Leistung, im Vergleich zu den meisten anderen Oxidkeramiken, Al₂O₃ Substrat hat hohe Festigkeit und chemische Stabilität, und weil seine Rohstoffquelle reichlich ist, kann es für verschiedene technische Herstellung verwendet werden und als verschiedene Formen hergestellt werden. Einige Produktionen von Al₂O₃ Substrate können dreidimensional angepasst akzeptieren.

2. Berylliumoxid (BeO)

Es hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Aluminium und wird in Anwendungen verwendet, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit erfordern. Aber wenn die Temperatur mehr als 300 ° C ist, nimmt die Wärmeleitfähigkeit schnell ab. Das Wichtigste ist, dass ihre Toxizität ihre Entwicklung einschränkt.

Der Hauptbestandteil der Berylliumoxidkeramik ist BeO. Hauptsächlich wird es für großflächiges integriertes elektrisches Substrat, große Leistungsgaslaserrohr, Heizkörpergehäuse des Transistors, Mikrowellenausgangsfenster und Neutronenmoderator usw. verwendet.

Reines BeO gehört zum kubischen Kristallsystem. Seine Dichte beträgt 3,03 g / cm3 und der Schmelzpunkt beträgt 2570 ℃. Es hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit, fast gleich Kupfer und reinem Aluminium. Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient λ beträgt 200-250W/(m.K). Außerdem hat es eine gute thermische Stoßbeständigkeit, seine dielektrische Konstante beträgt 6 ~ 7 (0,1 MHz). Der tangente Wert des mittleren Verlustwinkels beträgt etwa 4 × 10-4 (0,1 GHz). Hohe giftige Pulver ist der größte Nachteil, der Kontaktwunden schwierig zu heilen macht. Es besteht aus Berylliumoxidpulver mit Aluminiumoxid und anderen Inhaltsstoffen durch Hochtemperatur-Sintern. Gute Schutzmaßnahmen sind für die Herstellung der Keramik erforderlich. Die Flüchtigkeit von Berylliumoxid wird in Wasserdampfhaltigen Hochtemperaturmedien erhöht. Die Flüchtigung beginnt bei 1000 ℃, und die Menge der Flüchtigung steigt mit der Erhöhung der Temperatur, was Schwierigkeiten für die Produktion verursacht. Einige Länder produzieren es nicht mehr. Aber die Produktionsleistung ist ausgezeichnet, obwohl der Preis höher ist, gibt es immer noch eine große erforderliche Menge.

3. Aluminiumnitrid (AlN)

Für AIN müssen wir auf die beiden wichtigen Leistungen achten: Einer ist der hohe Wärmeleitfähigkeitskoeffizient, der andere ist der Ausdehnungskoeffizient, der Si entspricht. Sein Nachteil ist, dass auch eine sehr dünne Oxidschicht auf der Oberfläche einen Einfluss auf den Wärmeleitfähigkeitskoeffizient hat. Nur durch strenge Kontrolle von Materialien und Prozessen können gute AIN-Substrate hergestellt werden.

Unter Berücksichtigung der oben genannten Gründe können wir wissen, dass Aluminiumoxidkeramik aufgrund ihrer überlegenen umfassenden Leistung in den Bereichen Mikroelektronik, Leistungselektronik, Mischmikroelektronik, Leistungsmodule usw. weit verbreitet wird.

4. Siliziumnitrid (Si3N4)

Die Biegefestigkeit des neuen keramischen Substrats aus Siliziumnitrid ist höher als die des Substrats aus Al2O3 und AlN. Die Bruchzähigkeit von Si3N4 übertrifft sogar die von Zirkonikkeramiken. Die Verlängerung der Lebensdauer ist für alle Leistungsmodulanwendungen entscheidend, bei denen große Halbleiterwafer direkt an ein Substrat gebunden sind, und besonders wichtig für SiC- und GaN-Wafer mit höheren Verbindungstemperaturen (bis 250 °C). Die Wärmeleitfähigkeit des curamik® Siliziumnitridsubstrats beträgt 90 W/mK, was den Durchschnittswert anderer Substrate auf dem Markt übersteigt. Die mechanische Festigkeit des neuen Substrats ermöglicht es uns, eine dünnere Keramikschicht zu verwenden, die den thermischen Widerstand reduziert, die Leistungsdichte erhöht und die Systemkosten senkt. Im Vergleich zu Al2O3- und AlN-Substraten ist seine Biegefestigkeit erheblich verbessert, und die Designer werden davon profitieren. Die Bruchzähigkeit von Siliziumnitrid übertrifft sogar die von Zirkonikkeramik und erreicht bei einer Wärmeleitfähigkeit von 90 W/mK 6,5-7 MPa/√m.

Ⅱ. Nach dem Herstellungsprozess

1. HTCC (High-Temperature Co-fired Ceramic)

HTCC wird auch als hochtemperaturgefeuerte Mehrschichtkeramik bezeichnet. Der Herstellungsprozess ähnelt sehr LTCC. Der Hauptunterschied besteht darin, dass das Keramikpulver von HTCC dem Glasmaterial nicht zugesetzt wird. Daher muss HTCC bei einer hohen Temperatur von 1300 ~ 1600 ° C getrocknet und gehärtet werden. Der grüne Embryo wird dann über Löcher eingebohrt, die Löcher werden gefüllt und mit Siebdrucktechnologie gedruckt. Aufgrund der hohen Kobrenntemperatur ist die Wahl von Metallleitermaterialien begrenzt. Das Hauptmaterial ist hoher Schmelzpunkt, aber leitfähige Metalle wie Wolfram, Molybdän, Mangan usw., die schlechte Eigenschaften haben, werden schließlich laminiert und gesintert.

2. LTCC (Low-Temperature Co-fired Ceramic) (niedrige Temperatur-gefeuerte Keramik)

LTCC ist auch als niedertemperaturgefeuertes mehrschichtiges keramisches Substrat bekannt. Diese Technologie muss zuerst anorganisches Aluminiumoxidpulver und etwa 30% ~ 50% Glasmaterial mit einem organischen Bindemittel mischen, um es gleichmäßig in einen schlammartigen Schlamm zu mischen, und dann einen Schaber verwenden, um den Schlamm in ein Blatt zu schraben, und dann durch einen Trocknungsprozess, um einen dünnen grünen Embryo zu bilden, und dann das Übergangsloch entsprechend dem Design jeder Schicht bohren, da die Signalübertragung jeder Schicht, wird die interne Schaltung der LTCC-Siebdrucktechnologie verwendet, um Löcher und Druckkreise auf dem grünen Embryo zu füllen. Die inneren und äußeren Elektroden können aus Silber, Kupfer, Gold und anderen Metallen hergestellt werden. Schließlich wird jede Schicht laminiert und bei 850 ~ 900 ℃ platziert. Das Sintern und die Formung im Sinterofen können abgeschlossen werden.

3. DBC (direkt gebundenes Kupfer)

Die direkte Kupferbeschichtungstechnologie verwendet Kupfer’ s sauerstoffhaltige eutektische Lösung, um Kupfer direkt auf die Keramik aufzutragen. Das Grundprinzip besteht darin, eine angemessene Menge an Sauerstoff zwischen dem Kupfer und der Keramik vor oder während des Verbindungsprozesses bei 1065 ℃ ~ 1083 im Bereich von ℃ einzuführen, bilden Kupfer und Sauerstoff eine Cu-O-eutektische Lösung. Die DBC-Technologie verwendet die eutektische Lösung, um chemisch mit dem keramischen Substrat zu reagieren, um CuAlO2 oder CuAl2O4-Phase zu bilden, und auf der anderen Seite, um die Kupferfolie zu infiltrieren, um die Kombination des keramischen Substrats und der Kupferplatte zu erreichen.

Überlegenheit

◆ Der thermische Ausdehnungskoeffizient des keramischen Substrats liegt nahe dem des Siliziumchips, der Übergangsschicht Mo-Scheiben sparen, Arbeitskraft sparen, Materialien sparen und Kosten senken kann;

◆ Reduzieren Sie die Schweißschicht, reduzieren Sie den thermischen Widerstand, reduzieren Sie Hohlräume und verbessern Sie die Ausbeute;

◆ Die Leitungsbreite von 0,3 mm dicker Kupferfolie beträgt nur 10% der gewöhnlichen Leiterplatte unter der gleichen Stromtragfähigkeit;

◆ Ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit, so dass das Chippaket sehr kompakt ist, so dass die Leistungsdichte stark erhöht wird und die Zuverlässigkeit des Systems und des Geräts verbessert wird;

◆ Ultradünnes (0,25 mm) Keramiksubstrat kann BeO ohne Umwelttoxizitätsprobleme ersetzen;

◆ Große Stromtragkapazität, 100A Strom durchläuft kontinuierlich durch 1 mm breiten und 0,3 mm dicken Kupferkörper, und der Temperaturanstieg beträgt etwa 17 ℃; 100A Strom durchläuft kontinuierlich 2mm breit und 0,3mm dick Kupferkörper, und der Temperaturanstieg ist nur etwa 5 ℃;

◆ Niedriger thermischer Widerstand, der thermische Widerstand eines 10 x 10 mm keramischen Substrats beträgt 0,31K / W für ein 0,63 mm dickes keramisches Substrat, der thermische Widerstand eines 0,38 mm dicken keramischen Substrats beträgt 0,19K / W und der thermische Widerstand eines 0,25 mm dicken keramischen Substrats Der thermische Widerstand beträgt 0,14K / W.

◆ Hohe Isolierung hält Spannung aus, um die persönliche Sicherheit und den Schutz der Ausrüstung zu gewährleisten.

◆ Neue Verpackungs- und Montagemethoden können realisiert werden, so dass das Produkt hoch integriert und die Größe reduziert wird.

Leistungsanforderungen

(1) Mechanische Eigenschaften

Es hat eine ausreichend hohe mechanische Festigkeit, neben Tragekomponenten kann es auch als Stützglied verwendet werden; es hat gute Verarbeitungsfähigkeit und hohe Dimensionsgenauigkeit; es ist einfach, Multilayering zu realisieren;

Die Oberfläche ist glatt, ohne Verformung, Biegen, Mikrorisse usw.

(2) Elektrische Eigenschaften

Hoher Isolationswiderstand und Isolationsabbruchspannung;

Niedrige dielektrische Konstante;

Niedriger dielektrischer Verlust;

Stabile Leistung unter hohen Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsbedingungen, um Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

(3) Thermische Eigenschaften

Hohe Wärmeleitfähigkeit;

Der thermische Ausdehnungskoeffizient wird mit verwandten Materialien abgestimmt (insbesondere der thermische Ausdehnungskoeffizient von Si sollte abgestimmt werden);

Ausgezeichnete Hitzebeständigkeit.

(4) Andere Immobilien

Gute chemische Stabilität; leicht zu metallisieren, starke Haftung am Schaltungsmuster;

Keine Hygroskopie; Öl- und chemische Beständigkeit; A-Strahlenemission ist klein;

Die verwendeten Materialien sind verschmutzungsfrei und nicht giftig; die Kristallstruktur ändert sich nicht innerhalb des Betriebstemperaturbereichs;

Die Rohstoffe sind reichlich; Die Technologie ist reif; Die Herstellung ist einfach; Der Preis ist niedrig.

Verwenden

◆ Hochleistungshalbleitermodule; Halbleiterkühlschränke, elektronische Heizungen; Funkfrequenz Leistungssteuerschaltungen, Leistungsmischschaltungen.

◆ Intelligente Leistungskomponenten; Hochfrequenzschaltversorgungen, Solid State Relays.

◆ Automobilelektronik, Luft- und Raumfahrt und militärische elektronische Komponenten.

◆ Komponenten von Solarpanelen; Telekommunikation spezielle Austausche, Empfangssysteme; Elektronik wie Laser.

Trend

Das Aufkommen von keramischen Substratprodukten hat die Entwicklung der Wärmeableitungsanwendungsindustrie eröffnet. Aufgrund der Wärmeabfuhreigenschaften von keramischen Substraten und der Vorteile von keramischen Substraten wie hohe Wärmeabfuhr, niedriger Wärmewiderstand, lange Lebensdauer und Spannung standhalten, haben sich die Produktpreise mit der Verbesserung der Produktionstechnologie und -ausrüstung beschleunigt und rationalisiert, und erweitern dann die Anwendungsbereiche der LED-Industrie, wie Anzeigeleuchten für Hausgeräte, Autobeleuchtung, Straßenbeleuchtung und große Schilder im Freien. Die erfolgreiche Entwicklung von keramischen Substraten wird Dienstleistungen für Innen- und Außenbeleuchtungsprodukte bieten und die zukünftigen Marktbereiche der LED-Industrie erweitern.