Substraty ceramiczne są szeroko stosowane w elektronikach mocy, opakowaniach elektronicznych, mikroelektronikach hybrydowych i modułach wielołatowych ze względu na ich doskonałą przewodność cieplną i szczelność.Tlenek aluminium jest obecnie najczęściej stosowanym materiałem podłoża ceramicznego.wysoka efektywność kosztowa, i dobra odporność na wstrząsy cieplne, ale także może tworzyć uszczelnione spawanie z metalu.obwody z cienką warstwą, układy hybrydowe, komponenty wielołatowe i moduły IGBT o dużej mocy, i jest obecnie najczęściej stosowanym materiałem podłoża ceramicznego.

Rodzaje ceramiki aluminiowej

Ceramiki aluminiowe można podzielić na dwa rodzaje w oparciu o ich czystość: czysty wysoki typ i zwykły typ.

1 Aluminiak o wysokiej czystości

Ceramika aluminowa o wysokiej czystości to materiały ceramiczne o zawartości Al2O3 powyżej 99,9%.μm. Ogólnie rzecz biorąc, roztopione szkło jest wytwarzane w celu zastąpienia platynowych tyglików, a jego przejrzystość i odporność na korozję metali alkalicznych są stosowane jako lampy sodowe;Może być stosowany jako podłoże układu scalonego i materiał izolacyjny o wysokiej częstotliwości w przemyśle elektronicznym.

2 Zwykła ceramika aluminowa

Zwykłe ceramiki aluminiowe można klasyfikować na 99 ceramik, 95 ceramik, 90 ceramik, 85 ceramik i inne odmiany w oparciu o różną zawartość Al2O3 (odnosząc się do zawartości Al2O3 99%, 95%,90%Największa różnica polega na tym, że ilość dopingu na podłożu jest inna.Właściwości elektryczne i mechaniczne substratów ceramicznych aluminiowych o różnej czystości mają pewne różniceCeramika o wyższej czystości ma wyższą stałą dielektryczną, mniejszą stratę dielektryczną i lepszą gładkość podłoża.Czasami te o zawartości Al2O3 80% lub 75% są również klasyfikowane jako zwykła seria ceramiki aluminowej.

Wśród nich 99 materiałów ceramicznych aluminiowych jest wykorzystywanych do wytwarzania gorączków wysokotemperaturowych, ogniotrwałych rur piecowych oraz specjalnych materiałów odpornych na zużycie, takich jak łożyska ceramiczne, uszczelki ceramiczne,i płytki z zaworu wodnego;95 ceramika aluminowa jest wykorzystywana głównie jako komponent odporny na korozję i zużycie;Dzięki częstemu dodawaniu trochę talku, wydajność elektryczna i wytrzymałość mechaniczna 85 ceramiki są lepsze.a niektóre są używane jako urządzenia próżniowe.75 porcelany i 95 porcelany są powszechnie stosowanymi materiałami ceramicznymi do substratów obwodów grubofilmowych, a substraty ceramiczne do obwodów cienkofilmowych to głównie 97 porcelany lub 99 porcelany.

Główna skuteczność substratów glinu wzrasta wraz ze wzrostem zawartości glinu, ale im wyższa zawartość glinu, tym trudniejsze jest przygotowanie ceramiki.95 ceramika jest zazwyczaj pieczona powyżej 1500 °C.Temperatura pieczenia 99 porcelany osiąga ponad 1700 °C.

W zależności od koloru, istnieją trzy rodzaje substratu ceramicznego aluminowego: biały, fioletowy i czarny.Powszechnie stosowany podłoże tlenku aluminium jest białe, stosowane do podłożeń LED, podłożeń obwodów o wysokiej częstotliwości itp.niektóre zastosowania wymagają unikania odbicia światła ze substratu tlenku aluminium, w wyniku czego powstają czarne produkty tlenku aluminium.

Zalety substratów ceramicznych z tlenku glinu

● Dobre działanie izolacyjne: Substraty ceramiczne z tlenku aluminium mają dobre działanie izolacyjne, które mogą skutecznie izolować obwody i zapobiegać awariom spowodowanym przez wycieki i inne problemy.

Doskonała odporność na wysokie temperatury: Substrat ceramiczny z aluminu może utrzymywać stabilną wydajność w środowiskach o wysokiej temperaturze, wytrzymać długotrwałą pracę w środowiskach o wysokiej temperaturze,i nie jest łatwy do deformacji, spalanie lub utlenianie.

● Wysoka wytrzymałość i twardość: Substraty ceramiczne z tlenku aluminium mają wysoką wytrzymałość i twardość, są odporne na pewne siły mechaniczne i uderzeniowe oraz nie są łatwe do złamania lub zużycia.

Doskonała stabilność chemiczna: podłoże ceramiczne aluminowe ma dobrą odporność na korozję większości substancji chemicznych i może stabilnie działać w agresywnych chemicznie środowiskach.

● Dobre osiągi przetwarzania: podłoże ceramiczne aluminowe ma dobre osiągi przetwarzania, które mogą być stosowane do wiercenia, frezowania, cięcia i innych procesów przetwarzania,i może osiągać złożone kształty geometryczne i wymagania wymiarowe o wysokiej precyzji.Przetwarzanie obwodu może być oparte na technologii litografii cienkich folii, z dokładnością do poziomu mikrometru.Ze względu na ich wyższą stałą dielektryczną w porównaniu z ogólnymi substratami PCB, urządzenia projektowane mają niewielkie rozmiary, co ma znaczące zalety w trendzie rozwoju miniaturyzacji różnych modułów komponentów.

Zastosowanie podłoża ceramicznego z tlenku glinu

1 Substraty ceramiczne do rezystorów chipowych

Zaletami opornych substratów ceramicznych z glinu aluminowego są małe rozmiary, lekka waga, niski współczynnik rozszerzenia termicznego, dobra niezawodność, wysoka przewodność cieplna i gęstość,znacznie poprawiono niezawodność obwodów i gęstość okablowaniaJest to materiał nośny dla komponentów o odporności na chipy.

2 Substraty ceramiczne do układów hybrydowych zintegrowanych

Układ hybrydowy to metoda pakowania, która powinna zawierać co najmniej dwa lub więcej komponentów, z których jeden jest aktywny.Wstawia się je na metalowych taśmach izolacyjnych wykonanych już z grubej lub cienkiej folii, a złożone obwody wytwarzane przy użyciu tej technologii nazywane są układami zintegrowanymi hybrydowymi.Substrat służy jako mechaniczne wsparcie obwodu, zapewniając miejsce osadzenia materiału pasywnego, materiału dielektrycznego i materiału oporowego.Zapewnia również mechaniczne wsparcie dla wszystkich pasywnych i aktywnych komponentów chipu.

W hybrydowych układach zintegrowanych najczęściej używane są tlenek aluminium, tlenek beriliu, tlenek krzemu, azotynek aluminium itp. Jednakże, biorąc pod uwagę koszty i wydajność,nadal powszechnie stosowane są wysokiej czystości substraty tlenku aluminium o gładkiej powierzchni.Ze względu na różne poziomy zawartości tlenku aluminium, jakość i stopień podłoża również różnią się.Pierwszy jest zazwyczaj odpowiedni do obwodów z cienką warstwą, podczas gdy w przypadku obwodów grubofilmowych 96% podłoża z tlenku aluminium może spełniać wymagania procesu.Ceramika z tlenku aluminium do wielowarstwowego koagulowania zazwyczaj wykorzystuje jako materiał podstawowy blachy ceramiczne z tlenku aluminium w postaci surowej ceramiki od 90 do 95 porcelany.

3 Podłoże urządzenia zasilania

W przypadku opakowań urządzeń elektronicznych mocy oprócz podstawowych funkcji okablowania (połączenia elektrycznego) podłoże wymaga również wysokiej przewodności cieplnej, izolacji, odporności na ciepło,opór napięcia, oraz właściwości termiczne.Metalizowane substraty ceramiczne reprezentowane przez DBC i DPC mają wyższe osiągi w zakresie przewodności cieplnej, izolacji, odporności na napięcie i odporności na ciepło,i stały się preferowanymi materiałami do opakowań urządzeń energetycznych, stopniowo zdobywając uznanie na rynku.Najczęściej stosowanym materiałem podłoża do opakowań urządzeń jest podłoże glinu glinowego (Al2O3), które jest zazwyczaj podłożem glinu glinowego o zawartości glinu glinu 96%.Technologia podłoża aluminowego jest bardzo dojrzała i przystępna cenowo..

Ze względu na stosunkowo niską przewodność cieplną ceramiki aluminowej (20-30 W/m · K) i słabe dopasowanie współczynników rozszerzenia cieplnego do materiałów półprzewodnikowych, takich jak Si i SiC,stosowanie substratów glinu w urządzeniach o dużej mocy jest ograniczone.

4 Substrat ceramiczny z tlenku aluminium do diod LED

Podłoże rozpraszania ciepła LED o dużej mocy składa się głównie z podłoża ceramicznego.Powszechnie stosowane na rynku podłoża ceramiczne o dużej mocy to LTCC (ceramika podgrzana w niskiej temperaturze) i DPC (ceramika pokryta bezpośrednio miedzią), z materiałami ceramicznymi, takimi jak alumina i azotyn aluminium.Substraty ceramiczne z tlenku aluminium do diod LED mają charakterystykę wysokiej rozpraszania ciepła i wysokiej szczelności powietrza, co może poprawić wydajność świetlną i żywotność diod LED.Dzięki dobrej szczelności jest odporny na działanie pogody, co sprawia, że nadaje się do różnych warunków.