Substrat keramik banyak digunakan dalam elektronik tenaga, kemasan elektronik, mikroelektronika hibrida, dan modul multi chip karena konduktivitas termal dan kedap udara yang sangat baik.Aluminium oxide adalah bahan substrat keramik yang paling banyak digunakan saat ini.efisiensi biaya yang tinggi, dan ketahanan yang baik terhadap kejut termal, tetapi juga dapat membentuk las tertutup dengan logam. Selain itu, proses pembuatannya matang dan murah.sirkuit film tipis, sirkuit hibrida, komponen multi chip, dan modul IGBT bertenaga tinggi, dan saat ini merupakan bahan substrat keramik yang paling banyak digunakan.

Jenis keramik alumina

Keramik aluminium dapat dibagi menjadi dua jenis berdasarkan kemurniannya: tipe tinggi murni dan tipe biasa.

1 Alumina dengan kemurnian tinggi

Keramik alumina kemurnian tinggi adalah bahan keramik dengan kandungan Al2O3 lebih dari 99,9%.μm. Secara umum, kaca cair dibuat untuk menggantikan crucibles platinum, dan transparansi dan ketahanan terhadap korosi logam alkali digunakan sebagai lampu natrium;Hal ini dapat digunakan sebagai substrat sirkuit terpadu dan bahan isolasi frekuensi tinggi di industri elektronik.

2 Keramik alumina biasa

Keramik alumina biasa dapat diklasifikasikan menjadi 99 keramik, 95 keramik, 90 keramik, 85 keramik, dan varietas lainnya berdasarkan kandungan Al2O3 yang berbeda (merujuk pada kandungan Al2O3 99%, 95%,90%, 85%, dll.). Perbedaan utama adalah bahwa jumlah doping pada substrat berbeda.Sifat listrik dan mekanik substrat keramik alumina dengan kemurnian yang berbeda memiliki perbedaan tertentuKeramik dengan kemurnian yang lebih tinggi memiliki konstanta dielektrik yang lebih tinggi, kehilangan dielektrik yang lebih rendah, dan kelancaran substrat yang lebih baik.Kadang-kadang yang memiliki kandungan Al2O3 80% atau 75% juga diklasifikasikan sebagai seri keramik alumina biasa.

Di antaranya, 99 bahan keramik alumina digunakan untuk membuat crucibles suhu tinggi, tabung tungku tahan api, dan bahan khusus tahan aus, seperti bantalan keramik, segel keramik,dan pelat katup air;95 keramik alumina terutama digunakan sebagai komponen tahan korosi dan tahan haus;Karena sering ditambahkan sedikit talk, kinerja listrik dan kekuatan mekanik 85 keramik ditingkatkan.dan beberapa digunakan sebagai perangkat vakum.75 porselen dan 95 porselen adalah bahan keramik yang banyak digunakan untuk substrat sirkuit film tebal, dan substrat keramik untuk sirkuit film tipis sebagian besar 97 porselen atau 99 porselen.

Kinerja utama substrat alumina meningkat dengan peningkatan kandungan alumina, tetapi semakin tinggi kandungan alumina, semakin sulit untuk menyiapkan keramik.95 keramik umumnya dibakar di atas 1500 °C.Suhu bakar dari 99 porselen mencapai di atas 1700 °C.

Menurut warnanya, ada tiga jenis substrat keramik alumina: putih, ungu, dan hitam.Substrat aluminium oksida yang umum adalah putih, digunakan untuk substrat LED, substrat sirkuit frekuensi tinggi, dll.beberapa aplikasi memerlukan menghindari pantulan cahaya dari substrat aluminium oksida, yang mengakibatkan pembentukan produk aluminium oksida hitam.

Keuntungan substrat keramik alumina

● Kinerja isolasi yang baik: Substrat keramik aluminium oksida memiliki kinerja isolasi yang baik, yang dapat secara efektif mengisolasi sirkuit dan menghindari kesalahan yang disebabkan oleh kebocoran dan masalah lainnya.

Ketahanan suhu tinggi yang sangat baik: substrat keramik alumina dapat mempertahankan kinerja yang stabil di lingkungan suhu tinggi, menahan operasi jangka panjang di lingkungan suhu tinggi,dan tidak mudah untuk berubah bentuk, terbakar, atau teroksidasi.

● Kekuatan dan kekerasan yang tinggi: Substrat keramik aluminium oksida memiliki kekuatan dan kekerasan yang tinggi, dapat menahan tekanan mekanik dan kekuatan benturan tertentu, dan tidak mudah pecah atau usang.

Stabilitas kimia yang sangat baik: Substrat keramik alumina memiliki ketahanan korosi yang baik terhadap sebagian besar bahan kimia dan dapat beroperasi secara stabil di lingkungan yang agresif secara kimia.

● Kinerja pengolahan yang baik: Substrat keramik alumina memiliki kinerja pengolahan yang baik, yang dapat digunakan untuk pengeboran, penggilingan, pemotongan dan proses pengolahan lainnya,dan dapat mencapai bentuk geometris yang kompleks dan persyaratan dimensi presisi tinggi.Pengolahan sirkuit dapat didasarkan pada teknologi litografi film tipis, dengan akurasi mencapai tingkat mikrometer.Karena konstanta dielektrik yang lebih tinggi dibandingkan dengan substrat PCB umum, perangkat yang dirancang memiliki ukuran kecil, yang memiliki keuntungan yang signifikan dalam tren pengembangan miniaturisasi dari berbagai modul komponen.

Aplikasi substrat keramik alumina

1 Substrat keramik untuk chip resistor

Keuntungan dari substrat keramik alumina resistif meliputi ukuran kecil, berat ringan, koefisien ekspansi termal yang rendah, keandalan yang baik, konduktivitas termal dan kepadatan tinggi,sangat meningkatkan keandalan sirkuit dan kepadatan kabelIni adalah bahan pembawa untuk komponen chip resistansi.

2 Substrat keramik untuk sirkuit terpadu hibrida

Sirkuit terpadu hibrida adalah metode kemasan yang harus berisi setidaknya dua komponen, salah satunya aktif.Mereka dipasang pada lembaran isolasi pita logam yang sudah terbuat dari film tebal atau tipis, dan sirkuit kompleks yang diproduksi menggunakan teknologi ini disebut sirkuit terpadu hibrida.Substrat berfungsi sebagai dukungan mekanis untuk sirkuit, menyediakan lokasi deposisi untuk bahan pita konduksi, bahan dielektrik, dan bahan resistansi yang membentuk komponen pasif.Ini juga menyediakan dukungan mekanis untuk semua komponen chip pasif dan aktif.

Dalam sirkuit terintegrasi hibrida, substrat yang umum digunakan termasuk aluminium oksida, beryllium oksida, silikon oksida, aluminium nitrida, dll. Namun, mengingat biaya dan kinerja,substrat aluminium oksida kemurnian tinggi dengan permukaan halus masih banyak digunakan.Karena kandungan aluminium oksida yang berbeda, kualitas dan kelas substrat juga bervariasi.Yang pertama umumnya cocok untuk sirkuit film tipis, sedangkan untuk sirkuit film tebal, 96% substrat aluminium oksida dapat memenuhi persyaratan proses mereka.Keramik aluminium oksida untuk pemanas bersama multi-lapisan umumnya menggunakan lembaran keramik mentah aluminium oksida antara 90 dan 95 porselen sebagai bahan dasar.

3 Substrat perangkat daya

Untuk kemasan perangkat elektronik daya, selain fungsi kabel dasar (interkoneksi listrik), substrat juga membutuhkan konduktivitas termal yang tinggi, isolasi, ketahanan panas,resistensi tegangan, dan kinerja pencocokan termal.Substrat keramik metallized yang diwakili oleh DBC dan DPC memiliki kinerja superior dalam konduktivitas termal, isolasi, resistensi tegangan, dan ketahanan panas,dan telah menjadi bahan yang disukai untuk pengemasan perangkat daya, secara bertahap mendapatkan pengakuan pasar.Bahan substrat yang paling umum untuk kemasan perangkat adalah substrat alumina (Al2O3), yang umumnya merupakan substrat alumina dengan kandungan alumina 96%.Teknologi substrat alumina sangat matang dan terjangkau.

Karena konduktivitas termal yang relatif rendah dari keramik alumina (20-30W/m · K) dan kurangnya pencocokan koefisien ekspansi termal dengan bahan semikonduktor seperti Si dan SiC,aplikasi substrat alumina dalam perangkat bertenaga tinggi terbatas.

4 Substrat keramik aluminium oksida untuk LED

Substrat dissipasi panas LED bertenaga tinggi terutama terdiri dari substrat keramik.Substrat keramik bertenaga tinggi yang umum digunakan di pasar adalah LTCC (keramik dengan suhu rendah) dan DPC (keramik yang dilapisi tembaga langsung), dengan bahan keramik seperti alumina dan aluminium nitrida.Substrat keramik aluminium oksida untuk LED memiliki karakteristik disipasi panas yang tinggi dan kedap udara yang tinggi, yang dapat meningkatkan efisiensi cahaya dan umur LED.Dan kedap udara yang baik membuatnya tahan terhadap cuaca yang tinggi, sehingga cocok untuk berbagai lingkungan.