Керамические подложки широко используются в силовой электронике, электронной упаковке, гибридной микроэлектронике и многочипных модулях из-за их отличной теплопроводности и герметичности.В настоящее время оксид алюминия является наиболее широко используемым керамическим материалом для подложки.высокая рентабельностьКроме того, его производственный процесс является зрелым и недорогим. Он широко используется в толстопленочных схемах,тонкопленочные схемы, гибридные схемы, компоненты с несколькими микросхем и мощные модули IGBT, и в настоящее время является наиболее широко используемым керамическим материалом для подложки.

Виды алюминиевой керамики

Алюминиевая керамика может быть разделена на два типа в зависимости от ее чистоты: чистый высокий тип и обычный тип.

1 Алюминиевая кислота высокой чистоты

Керамика из алюминия высокой чистоты - это керамические материалы с содержанием Al2O3 более 99,9%.μm. Как правило, расплавленное стекло изготавливается для замены платиновых тигров, а его прозрачность и устойчивость к коррозии щелочных металлов используются в качестве натриевых ламп;Он может использоваться в качестве интегральной схемы субстрата и высокочастотного изоляционного материала в электронике.

2 Обычная алюминиевая керамика

Обычная алюминиевая керамика может быть классифицирована на 99 керамик, 95 керамик, 90 керамик, 85 керамик и другие сорта на основе различного содержания Al2O3 (относительно содержания Al2O3 99%, 95%,90%Основное отличие заключается в том, что количество допинга на субстрате различно. Чем ниже количество допинга, тем выше чистота субстрата.Электрические и механические свойства алюминиевых керамических субстратов с различной чистотой имеют определенные различия.Керамика с более высокой чистотой имеет более высокую диэлектрическую постоянную, меньшую диэлектрическую потерю и лучшую гладкость подложки.Иногда те, которые имеют содержание Al2O3 80% или 75%, также классифицируются как обычная серия глинозема.

Среди них 99 алюминиевых керамических материалов используются для изготовления высокотемпературных тигров, огнеупорных труб печи и специальных износостойких материалов, таких как керамические подшипники, керамические уплотнения,и пластинки для клапанов для воды;95 алюминиевая керамика используется в основном в качестве коррозионно-устойчивых и износостойких компонентов;Из-за частого добавления немного талька улучшаются электрические характеристики и механическая прочность 85 керамических изделий.и некоторые используются в качестве вакуумных устройств.75-й и 95-й порцеланы являются широко используемыми керамическими материалами для толстых пленочных подложений цепей, а керамические подложки для тонких пленочных цепей в основном 97-й или 99-й порцелан.

Основные свойства алюминиевых субстратов увеличиваются с увеличением содержания алюминия, но чем выше содержание алюминия, тем труднее изготавливать керамику.95 керамика обычно обжигается выше 1500 °C.Температура обжига 99 фарфора достигает 1700 °C.

В зависимости от цвета, существует три типа алюминиевых керамических субстратов: белый, фиолетовый и черный.Общий субстрат оксида алюминия белый, используется для подложки светодиодов, подложки высокочастотных цепей и т. д.для некоторых применений требуется избегать отражения света от подложки оксида алюминия, в результате чего образуются черные продукты оксида алюминия.

Преимущества алюминиевых керамических субстратов

● Хорошая изоляция: керамические подложки из оксида алюминия имеют хорошую изоляцию, которая может эффективно изолировать цепи и избежать неисправностей, вызванных утечкой и другими проблемами.

Отличная высокотемпературная устойчивость: керамический субстрат из алюминия может поддерживать стабильную производительность в условиях высокой температуры, выдерживать длительную работу в условиях высокой температуры,и нелегко деформироваться., сжигать или окислять.

● Высокая прочность и твердость: керамические подложки из оксида алюминия обладают высокой прочностью и твердостью, выдерживают определенное механическое давление и ударные силы и нелегко ломаются или изнашиваются.

Отличная химическая устойчивость: алюминиевая керамическая подложка обладает хорошей коррозионной стойкостью к большинству химических веществ и может стабильно работать в химически агрессивной среде.

● Хорошая производительность обработки: керамический субстрат из алюминия имеет хорошую производительность обработки, которая может быть использована для бурения, фрезы, резки и других процессов обработки,и может достигать сложных геометрических форм и высокоточности измерений.Обработка цепей может основываться на технологии тонкопленочной литографии, с точностью до микрометрового уровня.Из-за их более высокой диэлектрической постоянной по сравнению с общими субстратами ПХБ, разработанные устройства имеют небольшие размеры, что имеет значительные преимущества в тенденции развития миниатюризации различных компонентных модулей.

Применение алюминиевого керамического субстрата

1 Керамические подложки для чиповых резисторов

Преимущества резистивных алюминиевых керамических субстратов включают небольшие размеры, легкий вес, низкий коэффициент теплового расширения, хорошую надежность, высокую теплопроводность и плотность,значительно повышает надежность цепей и плотность проводкиЭто носительный материал для компонентов с сопротивлением к чипам.

2 Керамические подложки для гибридных интегральных схем

Гибридная интегральная схема - это метод упаковки, который должен содержать по крайней мере два или более компонента, один из которых активен.Их устанавливают на изоляционные листы из металлической ленты, уже сделанные из толстых или тонких пленок, и сложные схемы, изготовленные с использованием этой технологии, называются гибридными интегрированными схемами.Субстрат служит механической опорой для цепи, обеспечивая место отложения для материала проводящей полосы, диэлектрического материала и материала сопротивления, которые образуют пассивные компоненты.Он также обеспечивает механическую поддержку для всех пассивных и активных компонентов чипа.

В гибридных интегральных схемах, обычно используемые подложки включают оксид алюминия, оксид бериллия, оксид кремния, нитрид алюминия и т. д. Однако, учитывая стоимость и производительность,высокочистые подложки оксида алюминия с гладкой поверхностью все еще широко используются.Из-за различного содержания оксида алюминия качество и класс подложки также варьируются.Первый обычно подходит для тонкопленочных схем, в то время как для толстопленочных схем 96% алюминиевого оксида может соответствовать требованиям процесса.Керамика из оксида алюминия для многослойного сжигания обычно использует в качестве основного материала керамические листы из оксида алюминия, необработанные, в количестве от 90 до 95 порцелана.

3 Подложка силового устройства

Для упаковки силовых электронных устройств, помимо основных функций проводки (электрических соединений), субстрат также требует высокой теплопроводности, изоляции, теплостойкости,сопротивление напряжению, и тепловые характеристики.Металлизированные керамические субстраты, представленные DBC и DPC, обладают превосходными характеристиками теплопроводности, изоляции, устойчивости к напряжению и термостойкости.и стали предпочтительными материалами для упаковки силовых устройств, постепенно завоевывая признание на рынке.Наиболее распространенным материалом субстрата для упаковки устройств является алюминиевый субстрат (Al2O3), который, как правило, представляет собой алюминиевый субстрат с содержанием алюминия 96%.Технология алюминиевого субстрата очень зрелая и доступная..

Из-за относительно низкой теплопроводности алюминиевой керамики (20-30 Вт/м · К) и плохого соответствия коэффициентов теплового расширения с полупроводниковыми материалами, такими как Si и SiC,применение алюминиевых субстратов в устройствах высокой мощности ограничено.

4 Керамическая подложка из оксида алюминия для светодиодов

Высокопроизводительная светодиодная теплорассеивающая субстрата состоит в основном из керамических субстратов.Наиболее часто используемые высокомощные керамические субстраты на рынке - LTCC (низкотемпературная керамика) и DPC (прямая медная керамика), с керамическими материалами, такими как алюминий и нитрид алюминия.Керамические подложки из оксида алюминия для светодиодов имеют характеристики высокой теплоотдачи и высокой герметичности, что может улучшить световую эффективность и срок службы светодиодов.А его хорошая герметичность дает ему высокую устойчивость к погодным условиям, что делает его подходящим для различных условий.