Os substratos cerâmicos são amplamente utilizados em eletrônica de potência, embalagens eletrônicas, microeletrônica híbrida e módulos multi-chip devido à sua excelente condutividade térmica e estanqueidade.O óxido de alumínio é atualmente o material de substrato cerâmico mais utilizado.alta eficiência de custosO processo de fabricação é maduro e de baixo custo. tem sido amplamente utilizado em circuitos de filme grosso,circuitos de película fina, circuitos híbridos, componentes multi-chip e módulos IGBT de alta potência, e é atualmente o material de substrato cerâmico mais amplamente utilizado.

Tipos de cerâmica de alumina

A cerâmica de alumínio pode ser dividida em dois tipos com base na sua pureza: tipo puro de alta qualidade e tipo comum.

1 Alumínio de alta pureza

A cerâmica de alumina de alta pureza é um material cerâmico com um teor de Al2O3 superior a 99,9%.μm. Em geral, o vidro fundido é fabricado para substituir os cristais de platina, e a sua transparência e resistência à corrosão por metais alcalinos são utilizados como lâmpadas de sódio;Pode ser utilizado como substrato de circuito integrado e material de isolamento de alta frequência na indústria electrónica.

2 Cerâmica de alumínio comum

A cerâmica de alumínio comum pode ser classificada em 99 cerâmicas, 95 cerâmicas, 90 cerâmicas, 85 cerâmicas e outras variedades com base nos diferentes teor de Al2O3 (referindo-se ao teor de Al2O3 de 99%, 95%,90%A principal diferença é que a quantidade de doping no substrato é diferente.As propriedades elétricas e mecânicas dos substratos cerâmicos de alumínio de diferentes puridades apresentam certas diferençasAs cerâmicas com maior pureza têm maior constante dielétrica, menor perda dielétrica e melhor suavidade do substrato.Às vezes, aqueles com teor de Al2O3 de 80% ou 75% também são classificados como série de cerâmica de alumínio comum.

Dentre eles, 99 materiais cerâmicos de alumina são utilizados para fazer cristais de alta temperatura, tubos de forno refratários e materiais especiais resistentes ao desgaste, como rolamentos de cerâmica, vedações de cerâmica,e placas de válvulas de água;A cerâmica de alumínio é utilizada principalmente como componentes resistentes à corrosão e ao desgaste;Devido à adição frequente de um pouco de talco, o desempenho elétrico e a resistência mecânica de 85 cerâmicas são melhorados.e alguns são usados como dispositivos de vácuo.75 porcelana e 95 porcelana são materiais cerâmicos amplamente utilizados para substratos de circuitos de filme grosso, e substratos de cerâmica para circuitos de filme fino são principalmente 97 porcelana ou 99 porcelana.

O principal desempenho dos substratos de alumina aumenta com o aumento do teor de alumina, mas quanto maior o teor de alumina, mais difícil é preparar cerâmica.95 cerâmicas são geralmente aquecidas acima de 1500 °C.A temperatura de cozimento da porcelana 99 atinge mais de 1700 °C.

De acordo com a cor, existem três tipos de substratos cerâmicos de alumina: branco, roxo e preto.O substrato comum de óxido de alumínio é branco, utilizado para substratos de LED, substratos de circuitos de alta frequência, etc.para algumas aplicações é necessário evitar o reflexo da luz do substrato de óxido de alumínio, resultando na formação de produtos de óxido de alumínio preto.

As vantagens dos substratos cerâmicos de alumina

● Bom desempenho de isolamento: Os substratos cerâmicos de óxido de alumínio têm bom desempenho de isolamento, o que pode isolar eficazmente os circuitos e evitar falhas causadas por vazamentos e outros problemas.

Excelente resistência a altas temperaturas: o substrato cerâmico de alumina pode manter um desempenho estável em ambientes de alta temperatura, suportar uma operação a longo prazo em ambientes de alta temperatura,e não é fácil de deformar, queimar ou oxidar.

● Alta resistência e dureza: Os substratos cerâmicos de óxido de alumínio têm alta resistência e dureza, podem suportar certas forças mecânicas e de impacto, e não são fáceis de quebrar ou desgastar.

Excelente estabilidade química: O substrato cerâmico de alumina tem boa resistência à corrosão da maioria dos produtos químicos e pode operar de forma estável em ambientes quimicamente agressivos.

● Bom desempenho de processamento: o substrato cerâmico de alumina tem um bom desempenho de processamento, que pode ser usado para perfuração, fresagem, corte e outros processos de processamento,e pode atingir formas geométricas complexas e requisitos dimensionais de alta precisão.O processamento de circuitos pode ser baseado na tecnologia de litografia de filme fino, com precisão que atinge o nível de micrômetro.Devido à sua constante dielétrica mais elevada em comparação com os substratos gerais de PCB, os dispositivos concebidos têm um tamanho pequeno, o que tem vantagens significativas na tendência de desenvolvimento da miniaturização de vários módulos componentes.

Aplicação de substrato cerâmico de alumina

1 Substratos cerâmicos para resistências de chips

As vantagens dos substratos cerâmicos de alumínio resistivos incluem tamanho pequeno, peso leve, baixo coeficiente de expansão térmica, boa fiabilidade, elevada condutividade térmica e densidade,Melhorar muito a fiabilidade dos circuitos e a densidade de fiaçãoÉ um material transportador para componentes de resistência de chips.

2 Substratos cerâmicos para circuitos integrados híbridos

Um circuito integrado híbrido é um método de embalagem que deve conter pelo menos dois ou mais componentes, dos quais um é ativo.Instalem-nas em folhas de isolamento de fita metálica já feitas de filmes grossos ou finos, e os circuitos complexos fabricados com essa tecnologia são chamados de circuitos integrados híbridos.O substrato serve como um suporte mecânico para o circuito, fornecendo um local de deposição para o material de banda de condução, material dielétrico e material de resistência que formam componentes passivos.Também fornece suporte mecânico para todos os componentes passivos e ativos do chip.

Nos circuitos integrados híbridos, os substratos comumente utilizados incluem óxido de alumínio, óxido de berilio, óxido de silício, nitruro de alumínio, etc. No entanto, considerando o custo e o desempenho,Os substratos de óxido de alumínio de alta pureza com superfícies lisas ainda são amplamente utilizados.Devido aos diferentes níveis de teor de óxido de alumínio, a qualidade e a qualidade do substrato também variam.O primeiro é geralmente adequado para circuitos de filme fino, enquanto para circuitos de película espessa, o substrato de óxido de alumínio 96% pode satisfazer os requisitos do processo.A cerâmica de óxido de alumínio para co-cozimento em várias camadas utiliza geralmente folhas de cerâmica de óxido de alumínio entre 90 e 95 porcelana como material de base.

3 Substrato do dispositivo de alimentação

Para a embalagem de dispositivos electrónicos de potência, para além das funções básicas de fiação (interligação elétrica), o substrato requer também uma elevada condutividade térmica, isolamento, resistência ao calor,resistência à tensão, e desempenho de correspondência térmica.Os substratos cerâmicos metalizados representados por DBC e DPC apresentam um desempenho superior em condutividade térmica, isolamento, resistência à tensão e resistência ao calor,e tornaram-se os materiais preferidos para a embalagem de dispositivos de potência, ganhando gradualmente reconhecimento no mercado.O material de substrato mais comum para a embalagem de dispositivos é o substrato de alumina (Al2O3), que é geralmente um substrato de alumina com um teor de alumina de 96%.A tecnologia do substrato de alumina é muito madura e acessível.

Devido à relativamente baixa condutividade térmica das cerâmicas de alumínio (20-30 W/m · K) e à fraca correspondência dos coeficientes de expansão térmica com materiais semicondutores como o Si e o SiC,A aplicação de substratos de alumina em dispositivos de alta potência é limitada.

4 Substrato cerâmico de óxido de alumínio para LED

O substrato de dissipação de calor LED de alta potência é constituído principalmente por substratos cerâmicos.Os substratos cerâmicos de alta potência comumente utilizados no mercado são LTCC (cerâmica co-queimada a baixa temperatura) e DPC (cerâmica directamente revestida de cobre), com materiais cerâmicos como alumina e nitreto de alumínio.Os substratos cerâmicos de óxido de alumínio para LED possuem as características de alta dissipação de calor e alta estanqueidade ao ar, o que pode melhorar a eficiência luminosa e a vida útil dos LED.E sua boa estanqueidade lhe dá um alto grau de resistência ao clima, tornando-o adequado para vários ambientes.