Les substrats céramiques sont largement utilisés dans l'électronique de puissance, les emballages électroniques, la microélectronique hybride et les modules multi-puces en raison de leur excellente conductivité thermique et étanchéité à l'air.L'oxyde d'aluminium est actuellement le matériau de substrat céramique le plus largement utilisé.une rentabilité élevée, et une bonne résistance aux chocs thermiques, mais peut également former un brasage scellé avec du métal.circuits à film mince, circuits hybrides, composants multi-puces et modules IGBT de haute puissance, et est actuellement le matériau de substrat céramique le plus largement utilisé.

Types de céramiques à base d'alumine

Les céramiques d'alumine peuvent être divisées en deux types en fonction de leur pureté: le type pur élevé et le type ordinaire.

1 Alumine de haute pureté

Les céramiques d'alumine de haute pureté sont des matériaux céramiques avec une teneur en Al2O3 supérieure à 99,9%.μm. En général, le verre fondu est fabriqué pour remplacer les creusets en platine, et sa transparence et sa résistance à la corrosion des métaux alcalins sont utilisées comme lampes au sodium;Il peut être utilisé comme substrat de circuit intégré et matériau d'isolation haute fréquence dans l'industrie électronique.

2 céramiques d'alumine ordinaires

Les céramiques d'alumine ordinaires peuvent être classées en 99 céramiques, 95 céramiques, 90 céramiques, 85 céramiques et autres variétés en fonction de la teneur différente en Al2O3 (en référence à une teneur en Al2O3 de 99%, 95%,90%La principale différence réside dans le fait que la quantité de dopage sur le substrat est différente.Les propriétés électriques et mécaniques des substrats céramiques d'alumine de pureté différente présentent certaines différences.Les céramiques de plus haute pureté ont une constante diélectrique plus élevée, une perte diélectrique plus faible et une meilleure douceur du substrat.Parfois, ceux dont la teneur en Al2O3 est de 80% ou 75% sont également classés comme des séries de céramiques d'alumine ordinaires.

Parmi eux, 99 matériaux céramiques d'alumine sont utilisés pour fabriquer des creusets à haute température, des tubes de four réfractaires et des matériaux spéciaux résistants à l'usure, tels que des roulements en céramique, des joints en céramique,et plaques de vannes à eau;95 les céramiques d'alumine sont principalement utilisées comme composants résistants à la corrosion et à l'usure;En raison de l'ajout fréquent d'un peu de talc, les performances électriques et la résistance mécanique de 85 céramiques sont améliorées.et certains sont utilisés comme dispositifs de vide.La porcelaine 75 et la porcelaine 95 sont des matériaux céramiques largement utilisés pour les substrats de circuits à film épais, et les substrats céramiques pour les circuits à film fin sont principalement de la porcelaine 97 ou de la porcelaine 99.

La performance principale des substrats d'alumine augmente avec l'augmentation de la teneur en alumine, mais plus la teneur en alumine est élevée, plus il est difficile de préparer de la céramique.95 les céramiques sont généralement chauffées au-dessus de 1500 °C.La température de cuisson de 99 porcelaines dépasse 1700 °C.

Selon la couleur, il existe trois types de substrats céramiques d'alumine: blanc, violet et noir.Le substrat commun d'oxyde d'aluminium est blanc, utilisé pour les substrats LED, les substrats de circuits à haute fréquence, etc.pour certaines applications, il est nécessaire d'éviter la réflexion de la lumière du substrat d'oxyde d'aluminium, ce qui entraîne la formation de produits d'oxyde d'aluminium noir.

Les avantages des substrats en céramique d'alumine

● Bon rendement d'isolation: les substrats en céramique d'oxyde d'aluminium ont de bonnes performances d'isolation, ce qui peut isoler efficacement les circuits et éviter les défaillances causées par des fuites et d'autres problèmes.

Excellente résistance à haute température: le substrat en céramique d'alumine peut maintenir des performances stables dans des environnements à haute température, résister à un fonctionnement à long terme dans des environnements à haute température,et n'est pas facile à déformer, brûler ou s'oxyder.

● Haute résistance et dureté: Les substrats en céramique à l'oxyde d'aluminium ont une résistance et une dureté élevées, peuvent résister à certaines pressions mécaniques et à certaines forces d'impact, et ne se cassent ni ne s'usent pas facilement.

Excellente stabilité chimique: le substrat en céramique d'alumine a une bonne résistance à la corrosion de la plupart des produits chimiques et peut fonctionner de manière stable dans des environnements chimiquement agressifs.

● Bonnes performances de traitement: le substrat en céramique d'alumine a de bonnes performances de traitement, pouvant être utilisé pour le forage, le fraisage, la découpe et d'autres processus de traitement,et peut réaliser des formes géométriques complexes et des exigences dimensionnelles de haute précision.Le traitement des circuits peut être basé sur la technologie de lithographie à film mince, avec une précision atteignant le niveau du micromètre.En raison de leur constante diélectrique plus élevée par rapport aux substrats PCB généraux, les dispositifs conçus ont une petite taille, ce qui présente des avantages significatifs dans la tendance de développement de la miniaturisation de divers modules composants.

Application du substrat en céramique d'alumine

1 Substrats céramiques pour résistances à puces

Les avantages des substrats céramiques résistifs à l'alumine sont la petite taille, le poids léger, le faible coefficient de dilatation thermique, une bonne fiabilité, une conductivité thermique et une densité élevées,amélioration considérable de la fiabilité des circuits et de la densité du câblageIl s'agit d'un matériau porteur pour les composants résistants aux puces.

2 Substrats céramiques pour circuits intégrés hybrides

Un circuit intégré hybride est une méthode d'emballage qui doit contenir au moins deux composants dont l'un est actif.On les installe sur des feuilles d'isolation métalliques déjà faites de films épais ou minces, et les circuits complexes fabriqués à l'aide de cette technologie sont appelés circuits intégrés hybrides.Le substrat sert de support mécanique pour le circuit, fournissant un site de dépôt pour le matériau de bande de conduction, le matériau diélectrique et le matériau de résistance qui forment des composants passifs.Il fournit également un soutien mécanique pour tous les composants passifs et actifs de la puce.

Dans les circuits intégrés hybrides, les substrats couramment utilisés comprennent l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de béryllium, l'oxyde de silicium, le nitrure d'aluminium, etc. Cependant, compte tenu du coût et des performances,des substrats d'oxyde d'aluminium de haute pureté à surface lisse sont encore largement utilisés.En raison des différents niveaux de teneur en oxyde d'aluminium, la qualité et la qualité du substrat varient également.Le premier est généralement adapté aux circuits à film mince, tandis que pour les circuits à film épais, le substrat à 96% d'oxyde d'aluminium peut répondre aux exigences de leur procédé.Les céramiques à base d'oxyde d'aluminium pour la cogénération multicouche utilisent généralement des feuilles de céramique brute à base d'oxyde d'aluminium comprises entre 90 et 95 porcelaines comme matériau de base.

3 Substrate du dispositif électrique

Pour les emballages de dispositifs électroniques de puissance, en plus des fonctions de câblage de base (interconnexion électrique), le substrat nécessite également une conductivité thermique élevée, une isolation, une résistance thermique,résistance à la tension, et les performances de correspondance thermique.Les substrats céramiques métallisés représentés par DBC et DPC ont des performances supérieures en conductivité thermique, isolation, résistance à la tension et résistance à la chaleur,et sont devenus les matériaux préférés pour l'emballage des appareils électriques, qui gagne progressivement en notoriété sur le marché.Le matériau de substrat le plus courant pour l'emballage des dispositifs est le substrat d'alumine (Al2O3), qui est généralement un substrat d'alumine avec une teneur en alumine de 96%.La technologie du substrat d'alumine est très mature et abordable..

En raison de la conductivité thermique relativement faible des céramiques d'alumine (20-30 W/m · K) et de la mauvaise correspondance des coefficients de dilatation thermique avec les matériaux semi-conducteurs tels que le Si et le SiC,l'application des substrats d'alumine dans les appareils à haute puissance est limitée.

4 Substrate en céramique d'oxyde d'aluminium pour LED

Le substrat de dissipation thermique LED à haute puissance est principalement composé de substrats céramiques.Les substrats céramiques à haute puissance couramment utilisés sur le marché sont les LTCC (céramique co-chauffée à basse température) et les DPC (céramique recouverte directement de cuivre), avec des matériaux céramiques tels que l'alumine et le nitrure d'aluminium.Les substrats en céramique d'oxyde d'aluminium pour les LED présentent des caractéristiques de dissipation thermique élevée et d'étanchéité à l'air élevée, ce qui peut améliorer l'efficacité lumineuse et la durée de vie des LED.Et sa bonne étanchéité lui confère un haut degré de résistance aux intempéries, ce qui le rend adapté à divers environnements.