Τα κεραμικά υποστρώματα χρησιμοποιούνται ευρέως στα ηλεκτρονικά συστήματα ισχύος, στις ηλεκτρονικές συσκευασίες, στα υβριδικά μικροηλεκτρονικά συστήματα και στις μονάδες πολλαπλών τσιπ λόγω της εξαιρετικής θερμικής αγωγιμότητας και αεροστεγνότητας τους.Το οξείδιο του αλουμινίου είναι σήμερα το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό κεραμικού υποστρώματος.υψηλή οικονομική απόδοσηΗ μέθοδος κατασκευής του είναι ώριμη και χαμηλού κόστους.κυκλώματα λεπτής ταινίας, υβριδικά κυκλώματα, εξαρτήματα πολλαπλών τσιπ και μονάδες IGBT υψηλής ισχύος, και είναι σήμερα το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό κεραμικού υπόστρωμα.

Τύποι κεραμικής αλουμινίου

Η κεραμική αλουμινίου μπορεί να διαιρεθεί σε δύο τύπους με βάση την καθαρότητά της: καθαρό υψηλό τύπο και συνηθισμένο τύπο.

1 Αλουμίνη υψηλής καθαρότητας

Τα κεραμικά αλουμινίου υψηλής καθαρότητας είναι κεραμικά υλικά με περιεκτικότητα σε Al2O3 άνω του 99,9%.μΓενικά, το λιωμένο γυαλί κατασκευάζεται για να αντικαταστήσει τους πλατινένιους χωνευτήρες, και η διαφάνεια και η αντοχή του στη διάβρωση των αλκαλικών μετάλλων χρησιμοποιούνται ως λάμπες νατρίου.Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υπόστρωμα ολοκληρωμένου κυκλώματος και υλικό μόνωσης υψηλής συχνότητας στη βιομηχανία ηλεκτρονικών συσκευών.

2 Συνηθισμένη κεραμική αλουμινίου

Η συνήθης κεραμική αλουμινίου μπορεί να ταξινομηθεί σε 99 κεραμικές, 95 κεραμικές, 90 κεραμικές, 85 κεραμικές και άλλες ποικιλίες με βάση τις διαφορετικές περιεκτικότητες σε Al2O3 (που αναφέρονται σε περιεκτικότητα σε Al2O3 99%, 95%,90%Η κύρια διαφορά είναι ότι η ποσότητα ντόπινγκ στο υπόστρωμα είναι διαφορετική.Οι ηλεκτρικές και μηχανικές ιδιότητες των υποστρωμάτων κεραμικής αλουμινίου με διαφορετική καθαρότητα παρουσιάζουν ορισμένες διαφορές.Τα κεραμικά με υψηλότερη καθαρότητα έχουν υψηλότερη διηλεκτρική σταθερά, χαμηλότερη διηλεκτρική απώλεια και καλύτερη ομαλότητα υποστρώματος.Μερικές φορές, εκείνες με περιεκτικότητα σε Al2O3 80% ή 75% ταξινομούνται επίσης ως συνηθισμένες σειρές κεραμικής αλουμινίου.

Μεταξύ αυτών, 99 κεραμικά υλικά αλουμινίου χρησιμοποιούνται για την κατασκευή χωνευτήρων υψηλής θερμοκρασίας, ανθεκτικών σωλήνων φούρνου και ειδικών υλικών ανθεκτικών στην φθορά, όπως κεραμικά ρουλεμάνια, κεραμικές σφραγίδες,και πλάκες βαλβίδων νερού;95 οι κεραμικές ύλες αλουμινίου χρησιμοποιούνται κυρίως ως ανθεκτικά στην διάβρωση και ανθεκτικά στην φθορά κατασκευαστικά στοιχεία·Λόγω της συχνής προσθήκης λίγου ταλκ, βελτιώνονται η ηλεκτρική απόδοση και η μηχανική αντοχή των 85 κεραμικών.και μερικά χρησιμοποιούνται ως συσκευές κενού.Το 75 πορσελάνη και το 95 πορσελάνη είναι ευρέως χρησιμοποιούμενα κεραμικά υλικά για υποστρώματα κυκλωμάτων με παχιά ταινία και τα κεραμικά υποστρώματα για κυκλώματα λεπτών ταινιών είναι κυρίως 97 πορσελάνη ή 99 πορσελάνη.

Η κύρια απόδοση των υποστρωμάτων αλουμινίου αυξάνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε αλουμινίου, αλλά όσο υψηλότερη είναι η περιεκτικότητα σε αλουμινίου, τόσο πιο δύσκολο είναι να παρασκευαστεί κεραμική.95 οι κεραμικές ύλες καίγονται γενικά πάνω από 1500 °C.Η θερμοκρασία καύσης της 99 πορσελάνης φτάνει πάνω από 1700 °C.

Σύμφωνα με το χρώμα, υπάρχουν τρεις τύποι κεραμικών υποστρώσεων αλουμινίου: λευκό, μωβ και μαύρο.Το κοινό υπόστρωμα οξειδίου του αλουμινίου είναι λευκό, χρησιμοποιείται για υποστρώματα LED, υποστρώματα κυκλωμάτων υψηλής συχνότητας κλπ.για ορισμένες εφαρμογές απαιτείται η αποφυγή της αντανάκλασης του φωτός από το υπόστρωμα οξειδίου του αλουμινίου, με αποτέλεσμα το σχηματισμό των προϊόντων του οξειδίου του αλουμινίου μαύρο.

Τα πλεονεκτήματα των κεραμικών υποστρώσεων αλουμινίου

● Καλή απομόνωση: Τα κεραμικά υποστρώματα οξειδίου του αλουμινίου έχουν καλή απομόνωση, η οποία μπορεί να απομονώσει αποτελεσματικά τα κυκλώματα και να αποφύγει λάθη που προκαλούνται από διαρροές και άλλα προβλήματα.

Εξαιρετική αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες: Το κεραμικό υπόστρωμα αλουμινίου μπορεί να διατηρήσει σταθερές επιδόσεις σε περιβάλλοντα υψηλών θερμοκρασιών, να αντέξει μακροχρόνια λειτουργία σε περιβάλλοντα υψηλών θερμοκρασιών,και δεν είναι εύκολο να παραμορφωθεί, καούν ή οξειδώνουν.

● Υψηλή αντοχή και σκληρότητα: Τα κεραμικά υποστρώματα οξειδίου του αλουμινίου έχουν υψηλή αντοχή και σκληρότητα, αντέχουν σε ορισμένες μηχανικές πιέσεις και δυνάμεις πρόσκρουσης και δεν είναι εύκολο να σπάσουν ή να φθαρθούν.

Εξαιρετική χημική σταθερότητα: Το κεραμικό υπόστρωμα αλουμινίου έχει καλή αντοχή στη διάβρωση από τα περισσότερα χημικά και μπορεί να λειτουργεί σταθερά σε χημικά επιθετικά περιβάλλοντα.

● Καλές επιδόσεις επεξεργασίας: Το υποστρώμα κεραμικής αλουμινίου έχει καλές επιδόσεις επεξεργασίας, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για γεωτρήσεις, άλεση, κοπή και άλλες διαδικασίες επεξεργασίας,και μπορεί να επιτύχει πολύπλοκα γεωμετρικά σχήματα και υψηλής ακρίβειας διαμετρικές απαιτήσεις.Η επεξεργασία κυκλωμάτων μπορεί να βασίζεται στην τεχνολογία λιθογραφίας λεπτών ταινιών, με ακρίβεια που φτάνει το επίπεδο του μικρομέτρου.Λόγω της υψηλότερης διηλεκτρικής σταθεράς τους σε σύγκριση με τα γενικά υποστρώματα PCB, οι σχεδιασμένες συσκευές έχουν ένα μικρό μέγεθος, το οποίο έχει σημαντικά πλεονεκτήματα στην εξέλιξη της τάσης της μικροποίησης των διαφόρων συστατικών μονάδων.

Εφαρμογή κεραμικού υποστρώματος αλουμινίου

1 Κηραμικά υποστρώματα για αντίσταση τσιπ

Τα πλεονεκτήματα των ανθεκτικών κεραμικών υποστρωμάτων από αλουμίνιο περιλαμβάνουν το μικρό μέγεθος, το ελαφρύ βάρος, τον χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής, την καλή αξιοπιστία, την υψηλή θερμική αγωγιμότητα και πυκνότητα,βελτίωση της αξιοπιστίας των κυκλωμάτων και της πυκνότητας των καλωδίωνΕίναι ένα υλικό μεταφοράς για στοιχεία αντίστασης τσιπ.

2 Κηραμικά υπόστρωμα για υβριδικά ολοκληρωμένα κυκλώματα

Ένα υβριδικό ολοκληρωμένο κύκλωμα είναι μια μέθοδος συσκευασίας που θα πρέπει να περιέχει τουλάχιστον δύο ή περισσότερα συστατικά, από τα οποία ένα είναι ενεργό.Τα ενσωματώνουν σε μεταλλικά φύλλα μονόπτωσης από ταινίες παχιάς ή λεπτής επιφάνειας, και τα περίπλοκα κυκλώματα που κατασκευάζονται με αυτή την τεχνολογία ονομάζονται υβριδικά ολοκληρωμένα κυκλώματα.Το υπόστρωμα χρησιμεύει ως μηχανική υποστήριξη για το κύκλωμα, παρέχοντας ένα σημείο εναπόθεσης για το υλικό της ζώνης αγωγής, το διηλεκτρικό υλικό και το υλικό αντίστασης που σχηματίζουν παθητικά συστατικά.Παρέχει επίσης μηχανική υποστήριξη για όλα τα παθητικά και ενεργά συστατικά του τσιπ.

Στα υβριδικά ολοκληρωμένα κυκλώματα, τα συνηθισμένα υποστρώματα που χρησιμοποιούνται περιλαμβάνουν οξείδιο του αλουμινίου, οξείδιο του βηρυλίου, οξείδιο του πυριτίου, νιτρίδιο του αλουμινίου κλπ.εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται ευρέως υποστρώματα υψηλής καθαρότητας οξειδίου του αλουμινίου με ομαλή επιφάνεια.Λόγω των διαφόρων επιπέδων περιεκτικότητας σε οξείδιο του αλουμινίου, η ποιότητα και η ποιότητα του υποστρώματος διαφέρουν επίσης.Το πρώτο είναι γενικά κατάλληλο για κυκλώματα λεπτής ταινίας, ενώ για κυκλώματα παχιάς ταινίας, το υπόστρωμα οξειδίου του αλουμινίου 96% μπορεί να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις της διαδικασίας.Οι κεραμικές ύλες από οξείδιο του αλουμινίου για πολυστρωτή συγκοπή χρησιμοποιούν γενικά σαν βασικό υλικό πλακάκια από κεραμική αργύρη από οξείδιο του αλουμινίου, μεταξύ 90 και 95 πορσελάνης.

3 Υποστρώμα συσκευής ισχύος

Για τη συσκευασία ηλεκτρονικών συσκευών ισχύος, εκτός από τις βασικές λειτουργίες καλωδίωσης (ηλεκτρικής διασύνδεσης), το υπόστρωμα απαιτεί επίσης υψηλή θερμική αγωγιμότητα, μόνωση, αντοχή στη θερμότητα,αντίσταση τάσης, και θερμικές επιδόσεις αντιστοίχισης.Τα μεταλλωμένα κεραμικά υποστρώματα που αντιπροσωπεύονται από DBC και DPC έχουν ανώτερη απόδοση στην θερμική αγωγιμότητα, την μόνωση, την αντοχή στην τάση και την αντοχή στη θερμότητα,και έχουν γίνει τα προτιμώμενα υλικά για συσκευασία συσκευών ισχύος, κερδίζοντας σταδιακά αναγνώριση στην αγορά.Το πιο κοινό υλικό υποστρώματος για συσκευασία συσκευών είναι το υποστρώμα αλουμινίου (Al2O3), το οποίο είναι γενικά υποστρώμα αλουμινίου με περιεκτικότητα σε αλουμινίου 96%.Η τεχνολογία υποστρώματος αλουμινίου είναι πολύ ώριμη και προσιτή..

Λόγω της σχετικά χαμηλής θερμικής αγωγιμότητας των κεραμικών αλουμινίου (20-30W/m · K) και της κακής αντιστοιχίας των συντελεστών θερμικής διαστολής με τα υλικά ημιαγωγών όπως το Si και το SiC,η εφαρμογή των υποστρωμάτων αλουμινίου σε συσκευές υψηλής ισχύος είναι περιορισμένη.

4 Κεραμικό υπόστρωμα οξειδίου του αλουμινίου για LED

Το υποστρώμα υψηλής ισχύος για τη διάχυση θερμότητας LED αποτελείται κυρίως από κεραμικά υποστρώματα.Τα κοινά χρησιμοποιούμενα κεραμικά υποστρώματα υψηλής ισχύος στην αγορά είναι το LTCC (κεραμικό καυμένο σε χαμηλή θερμοκρασία) και το DPC (κεραμικό με απευθείας επικάλυψη χαλκού), με κεραμικά υλικά όπως αλουμίνη και νιτρικό αλουμίνιο.Τα κεραμικά υποστρώματα οξειδίου του αλουμινίου για LED έχουν τα χαρακτηριστικά της υψηλής διασποράς θερμότητας και της υψηλής αεροστεγνότητας, τα οποία μπορούν να βελτιώσουν την φωτεινή απόδοση και τη διάρκεια ζωής των LED.Και η καλή αεροστεγνότητα του δίνει ένα υψηλό βαθμό αντοχής στον καιρό, καθιστώντας τον κατάλληλο για διάφορα περιβάλλοντα.