زیربناهای سرامیکی به دلیل رسانایی حرارتی عالی و ضد آب بودن آنها در الکترونیک قدرت، بسته بندی الکترونیکی، میکروالکترونیک هیبریدی و ماژول های چند تراشه به طور گسترده ای استفاده می شوند.اکسید آلومینیوم در حال حاضر گسترده ترین مواد زیربنای سرامیکی است. این نه تنها دارای مزایایی مانند قدرت مکانیکی بالا، عایق بندی، مقاومت در برابر دمای بالا، ثبات خوب،بهره وری بالا از هزینه، و مقاومت خوب در برابر شوک حرارتی، اما همچنین می تواند یک جوش مهر و موم با فلز را تشکیل دهد. علاوه بر این، فرآیند تولید آن بالغ و کم هزینه است.مدارهای فیلم نازک، مدارهای هیبریدی، اجزای چند تراشه و ماژول های IGBT با قدرت بالا، و در حال حاضر گسترده ترین مواد زیربنای سرامیکی است.

انواع سرامیک آلومینیوم

سرامیک آلومینیوم را می توان بر اساس خلوص آن به دو نوع تقسیم کرد: نوع خالص بالا و نوع معمولی.

1 آلومینیوم خالص

سرامیک آلومینیوم با خلوص بالا مواد سرامیکی با محتوای Al2O3 بیش از 99.9٪ است. به دلیل دمای سینتر کردن بالا 1650-1990 ° C و طول موج انتقال 1-6μm. به طور کلی، شیشه ذوب شده برای جایگزینی گلدان های پلاتین ساخته می شود و شفافیت و مقاومت آن در برابر خوردگی فلزات قلیایی به عنوان لامپ های سدیم استفاده می شود.می تواند به عنوان یک زیربنای مدار یکپارچه و مواد عایق فرکانس بالا در صنعت الکترونیک استفاده شود.

2 سرامیک آلومینیوم معمولی

سرامیک های آلومینیوم معمولی را می توان بر اساس محتوای مختلف Al2O3 (به محتوای Al2O3 99٪، 95٪، 90٪، 85٪ و سایر انواع سرامیک ها) طبقه بندی کرد.۹۰ درصدتفاوت اصلی این است که مقدار دوپینگ در بستر متفاوت است. هرچه مقدار دوپینگ پایین تر باشد، خلوص بستر بالاتر است.خواص الکتریکی و مکانیکی زیربناهای سرامیکی آلومینیوم با خالصیت های مختلف تفاوت های خاصی دارند.سرامیک با خلوص بالاتر دارای ثابت دی الکتریک بالاتر، از دست دادن دی الکتریک پایین تر و صافی بهتر بستر است.گاهی اوقات آنهایی که حاوی Al2O3 80٪ یا 75٪ هستند نیز به عنوان سری سرامیک آلومینیوم معمولی طبقه بندی می شوند.

از جمله 99 ماده سرامیکی آلومینیوم برای ساخت مهره های دمای بالا، لوله های آتشگیر کوره و مواد خاص مقاوم در برابر لباس مانند ورق های سرامیکی، مهر و موم های سرامیکی،و صفحه های شیر آب;95 سرامیک آلومینیوم عمدتا به عنوان قطعات مقاوم به خوردگی و مقاوم به لباس استفاده می شود.به دلیل اضافه کردن مکرر برخی از تالک، عملکرد الکتریکی و قدرت مکانیکی 85 سرامیک بهبود می یابد. آنها می توانند با فلزات مانند مولیبدن، نیوبیوم و تانتالوم،و بعضی از آنها به عنوان دستگاه های خلاء استفاده می شوند.75 پورسلن و 95 پورسلن مواد سرامیکی به طور گسترده ای برای زیربناهای مدار فیلم ضخیم استفاده می شوند و زیربناهای سرامیکی برای مدار فیلم نازک عمدتا 97 پورسلن یا 99 پورسلن هستند.

عملکرد اصلی زیربناهای آلومینیوم با افزایش محتوای آلومینیوم افزایش می یابد، اما هرچه محتوای آلومینیوم بالاتر باشد، آماده سازی سرامیک دشوارتر است.95 سرامیک به طور کلی بیش از 1500 درجه سانتیگراد گرم می شوند.دمای سوخاری 99 پورسلین به بالای 1700 درجه سانتیگراد می رسد.

با توجه به رنگ، سه نوع زیربنای سرامیکی آلومینا وجود دارد: سفید، بنفش و سیاه.زیربنای اکسید آلومینیوم رایج سفید است، برای زیربناهای LED، زیربناهای مدار فرکانس بالا و غیره استفاده می شود.برخی از کاربردهای مورد نیاز اجتناب از بازتاب نور از زیربنای اکسید آلومینیوم است، که منجر به تشکیل محصولات اکسید آلومینیوم سیاه می شود.

مزایای زیربناهای سرامیکی آلومینیوم

● عملکرد عایق بندی خوب: زیربناهای سرامیکی اکسید آلومینیوم عملکرد عایق بندی خوبی دارند که می توانند مدارها را به طور موثر عایق بندی کنند و از نقص ناشی از نشت و سایر مشکلات جلوگیری کنند.

مقاومت عالی در برابر دمای بالا: بستر سرامیکی آلومینا می تواند عملکرد پایدار را در محیط های با دمای بالا حفظ کند، در محیط های با دمای بالا به مدت طولانی مقاومت کند،و تغییر شکل دادنش آسان نیست، سوختن یا اکسید شدن

● قدرت و سختی بالا: زیربناهای سرامیکی اکسید آلومینیوم دارای قدرت و سختی بالا هستند، می توانند در برابر فشار مکانیکی و نیروهای ضربه ای مقاومت کنند و آسان شکستن یا فرسایش ندارند.

ثبات شیمیایی عالی: بستر سرامیکی آلومینا مقاومت خوردگی خوبی نسبت به اکثر مواد شیمیایی دارد و می تواند در محیط های شیمیایی تهاجمی به طور پایدار کار کند.

● عملکرد پردازش خوب: بستر سرامیکی آلومینیوم دارای عملکرد پردازش خوب است که می تواند برای حفاری، فریز، برش و سایر فرآیندهای پردازش استفاده شود.و می تواند شکل های هندسی پیچیده و الزامات ابعاد دقیق بالا را به دست آورد.پردازش مدار می تواند بر اساس فناوری لیتوگرافی فیلم نازک با دقت رسیدن به سطح میکرومتر باشد. بسیاری از دستگاه های منفعل می توانند بر اساس زیربنای سرامیکی آلومینا طراحی شوند.به دلیل ثابت دی الکتریک بالاتر آنها در مقایسه با زیربناهای PCB عمومی، دستگاه های طراحی شده دارای اندازه کوچکی هستند که مزایای قابل توجهی در روند توسعه مینیاتوریزاسیون ماژول های مختلف را دارد.

استفاده از بستر سرامیکی آلومینیوم

مواد سرامیکی برای مقاومت های تراشه ای

مزایای زیربناهای سرامیکی آلومینیوم مقاوم شامل اندازه کوچک، وزن کم، ضریب گسترش حرارتی پایین، قابلیت اطمینان خوب، رسانایی حرارتی بالا و تراکم است.بهبود قابل اطمینان مدارها و تراکم سیم کشیاین یک ماده حامل برای اجزای مقاومت تراشه است.

2 زیربنای سرامیکی برای مدارهای ترکیبی هیبریدی

یک مدار ترکیبی هیبریدی یک روش بسته بندی است که باید شامل حداقل دو یا چند جزء باشد که یکی از آنها فعال است.آنها را بر روی ورق های عایق ریز فلزی ساخته شده از فیلم های ضخیم یا نازک نصب کنید، و مدارهای پیچیده ساخته شده با استفاده از این فناوری مدارهای ترکیبی ترکیبی نامیده می شوند.بستر به عنوان یک پشتیبانی مکانیکی برای مدار عمل می کند و یک محل رسوب برای مواد باند رسانا، مواد دی الکتریک و مواد مقاومت که اجزای منفعل را تشکیل می دهند فراهم می کند.همچنین پشتیبانی مکانیکی برای تمام اجزای تراشه غیر فعال و فعال را فراهم می کند.

در مدارهای ترکیبی ترکیبی، زیربناهای رایج مورد استفاده شامل اکسید آلومینیوم، اکسید بریلیوم، اکسید سیلیکون، نیترد آلومینیوم و غیره است. با این حال، با توجه به هزینه و عملکرد،زیربناهای اکسید آلومینیوم با سطح صاف هنوز به طور گسترده ای استفاده می شود..با توجه به سطوح مختلف محتوای اکسید آلومینیوم، کیفیت و درجه بستر نیز متفاوت است. انواع رایج شامل 99.6٪ اکسید آلومینیوم و 96٪ اکسید آلومینیوم است.اولی معمولا برای مدارهای فیلم نازک مناسب است، در حالی که برای مدارهای فیلم ضخیم، زیربنای اکسید آلومینیوم 96٪ می تواند نیازهای فرآیند آنها را برآورده کند.سرامیک اکسید آلومینیوم برای فرش چند لایه ای معمولاً از ورق های سرامیک خام اکسید آلومینیوم بین 90 تا 95 پورسلین به عنوان ماده اصلی استفاده می کنند.

3 زیربنای دستگاه برق

برای بسته بندی دستگاه های الکتریکی قدرت، علاوه بر توابع پایه سیم کشی (ارتباط الکتریکی) ، بستر همچنین نیاز به رسانایی حرارتی بالا، عایق بندی، مقاومت گرما،مقاومت ولتاژ، و عملکرد تطابق حرارتی.زیربناهای سرامیکی فلزی که توسط DBC و DPC نشان داده می شوند عملکرد برتر در رسانایی حرارتی، عایق بندی، مقاومت ولتاژ و مقاومت گرما دارند.و تبدیل به مواد مورد علاقه برای بسته بندی دستگاه های قدرت شده اند، به تدریج به رسمیت شناخته شدن بازار.رایج ترین ماده ی زیربنایی برای بسته بندی دستگاه، زیربنای آلومینیوم (Al2O3) است که به طور کلی یک زیربنای آلومینیوم با محتوای آلومینیوم 96٪ است.تکنولوژی بستر آلومینیوم بسیار بالغ و مقرون به صرفه است.

با توجه به رسانایی حرارتی نسبتا کم سرامیک آلومینا (20-30W / m · K) و مطابقت ضعیف ضریب گسترش حرارتی با مواد نیمه هادی مانند Si و SiC،استفاده از زیربناهای آلومینیوم در دستگاه های قدرتمند محدود است.

4 زیربنای سرامیکی اکسید آلومینیوم برای LED

زیربنای تبعید گرما LED با قدرت بالا عمدتا از زیربنای سرامیکی تشکیل شده است.زیربناهای سرامیکی با قدرت بالا که معمولاً در بازار استفاده می شوند LTCC (سرامیک با دمای پایین) و DPC (سرامیک به طور مستقیم مس) هستند.، با مواد سرامیکی مانند آلومینیوم و نیترید آلومینیوم.زیربناهای سرامیکی آلومینیوم اکسید برای LED دارای ویژگی های انتشار گرما بالا و سخت گیری هوا بالا هستند، که می تواند کارایی نور و عمر LED را بهبود بخشد.و هواپیمایی خوب آن باعث می شود تا در درجه بالایی از مقاومت در برابر آب و هوا، آن را مناسب برای محیط های مختلف است.