Los sustratos cerámicos se utilizan ampliamente en electrónica de potencia, envases electrónicos, microelectrónica híbrida y módulos multichip debido a su excelente conductividad térmica y estanqueidad al aire.El óxido de aluminio es actualmente el material de sustrato cerámico más utilizado. No sólo tiene ventajas como alta resistencia mecánica, aislamiento, resistencia a altas temperaturas, buena estabilidad,alta rentabilidadAdemás, su proceso de fabricación es maduro y de bajo costo. Se ha utilizado ampliamente en circuitos de película gruesa,circuitos de película fina, circuitos híbridos, componentes multichip y módulos IGBT de alta potencia, y es actualmente el material de sustrato cerámico más utilizado.

Tipos de cerámicas de alumina

La cerámica de aluminio se puede dividir en dos tipos en función de su pureza: tipo puro de alta y tipo ordinario.

1 Aluminio de alta pureza

Las cerámicas de alumina de alta pureza son materiales cerámicos con un contenido de Al2O3 superior al 99,9%.Mm. En general, el vidrio fundido se fabrica para reemplazar los crisol de platino, y su transparencia y resistencia a la corrosión de los metales alcalinos se utilizan como lámparas de sodio;Puede utilizarse como sustrato de circuito integrado y material aislante de alta frecuencia en la industria electrónica.

2 Cerámica de alumina ordinaria

La cerámica de alumina ordinaria puede clasificarse en 99 cerámicas, 95 cerámicas, 90 cerámicas, 85 cerámicas y otras variedades basadas en el contenido de Al2O3 diferente (se refiere al contenido de Al2O3 de 99%, 95%,El 90%La principal diferencia es que la cantidad de dopante en el sustrato es diferente. Cuanto menor la cantidad de dopante, mayor es la pureza del sustrato.Las propiedades eléctricas y mecánicas de los sustratos cerámicos de alumina de diferentes puridades presentan ciertas diferencias.Las cerámicas de mayor pureza tienen una constante dieléctrica más alta, una menor pérdida dieléctrica y una mejor suavidad del sustrato.A veces, los que tienen un contenido de Al2O3 del 80% o del 75% también se clasifican como cerámicas de alumina ordinarias.

Entre ellos, 99 materiales cerámicos de alumina se utilizan para fabricar crisollas de alta temperatura, tubos de horno refractarios y materiales especiales resistentes al desgaste, como rodamientos de cerámica, sellos de cerámica,y placas de válvulas de agua;Las cerámicas de alumina se utilizan principalmente como componentes resistentes a la corrosión y al desgaste.Debido a la adición frecuente de algo de talco, el rendimiento eléctrico y la resistencia mecánica de 85 cerámicas se mejoran.y algunos se utilizan como dispositivos de vacío.La porcelana 75 y la porcelana 95 son materiales cerámicos ampliamente utilizados para sustratos de circuitos de película gruesa, y los sustratos cerámicos para circuitos de película delgada son principalmente porcelana 97 o porcelana 99.

El principal rendimiento de los sustratos de alumina aumenta con el aumento del contenido de alumina, pero cuanto mayor sea el contenido de alumina, más difícil es preparar cerámica.Las cerámicas se queman generalmente por encima de 1500 °C.La temperatura de cocción de 99 porcelanas alcanza más de 1700 °C.

Según el color, hay tres tipos de sustratos cerámicos de alumina: blanco, púrpura y negro.El sustrato común de óxido de aluminio es blanco, utilizado para sustratos de LED, sustratos de circuitos de alta frecuencia, etc.algunas aplicaciones requieren evitar el reflejo de la luz del sustrato de óxido de aluminio, lo que resulta en la formación de productos de óxido de aluminio negro.

Las ventajas de los sustratos cerámicos de alumina

● Buen rendimiento de aislamiento: Los sustratos cerámicos de óxido de aluminio tienen un buen rendimiento de aislamiento, lo que puede aislar eficazmente los circuitos y evitar fallas causadas por fugas y otros problemas.

Excelente resistencia a altas temperaturas: El sustrato cerámico de alumina puede mantener un rendimiento estable en entornos de alta temperatura, soportar un funcionamiento a largo plazo en entornos de alta temperatura,y no es fácil de deformar, quemarse u oxidarse.

● Alta resistencia y dureza: Los sustratos cerámicos de óxido de aluminio tienen una alta resistencia y dureza, pueden soportar ciertas presiones mecánicas y fuerzas de impacto, y no son fáciles de romper o desgastar.

Excelente estabilidad química: El sustrato cerámico de alumina tiene una buena resistencia a la corrosión a la mayoría de los productos químicos y puede funcionar de manera estable en entornos químicamente agresivos.

● Buen rendimiento de procesamiento: El sustrato cerámico de alumina tiene un buen rendimiento de procesamiento, que se puede utilizar para perforación, fresado, corte y otros procesos de procesamiento,y puede lograr formas geométricas complejas y requisitos dimensionales de alta precisión.El procesamiento de circuitos puede basarse en la tecnología de litografía de película delgada, con una precisión que alcanza el nivel de micrómetro.Debido a su constante dieléctrica más alta en comparación con los sustratos de PCB generalesLos dispositivos diseñados tienen un tamaño pequeño, lo que tiene ventajas significativas en la tendencia de desarrollo de la miniaturización de varios módulos componentes.

Aplicación del sustrato cerámico de alumina

1 Substrato cerámico para resistencias de chips

Las ventajas de los sustratos cerámicos de alumina resistiva incluyen su pequeño tamaño, peso ligero, bajo coeficiente de expansión térmica, buena fiabilidad, alta conductividad térmica y densidad,Mejora considerablemente la fiabilidad de los circuitos y la densidad de cableadoEs un material portador para componentes de resistencia de chips.

2 Substrato cerámico para circuitos integrados híbridos

Un circuito integrado híbrido es un método de envasado que debe contener al menos dos o más componentes, uno de los cuales es activo.Se instalan en láminas de aislamiento de cinta metálica ya hechas de películas gruesas o delgadas, y los circuitos complejos fabricados con esta tecnología se llaman circuitos integrados híbridos.El sustrato sirve como soporte mecánico para el circuito, proporcionando un sitio de deposición para el material de banda de conducción, material dieléctrico y material de resistencia que forman componentes pasivos.También proporciona soporte mecánico para todos los componentes del chip pasivo y activo.

En los circuitos integrados híbridos, los sustratos comúnmente utilizados incluyen óxido de aluminio, óxido de berilio, óxido de silicio, nitruro de aluminio, etc. Sin embargo, considerando el costo y el rendimiento,se siguen utilizando ampliamente sustratos de óxido de aluminio de alta pureza con superficies lisas.Debido a los diferentes niveles de contenido de óxido de aluminio, la calidad y el grado del sustrato también varían.El primero es generalmente adecuado para circuitos de película delgada, mientras que para los circuitos de película gruesa, el sustrato de óxido de aluminio del 96% puede satisfacer sus requisitos de proceso.Las cerámicas de óxido de aluminio para cocinar en varias capas utilizan generalmente hojas de cerámica en bruto de óxido de aluminio entre 90 y 95 porcelana como material básico.

3 Substrato del dispositivo de alimentación

Para el embalaje de dispositivos electrónicos de potencia, además de las funciones básicas de cableado (interconexión eléctrica), el sustrato también requiere una alta conductividad térmica, aislamiento, resistencia al calor,resistencia al voltaje, y el rendimiento térmico de coincidencia.Los sustratos cerámicos metalizados representados por DBC y DPC tienen un rendimiento superior en conductividad térmica, aislamiento, resistencia al voltaje y resistencia al calor.y se han convertido en los materiales preferidos para el embalaje de dispositivos de potencia, ganando gradualmente el reconocimiento del mercado.El material de sustrato más común para el embalaje de dispositivos es el sustrato de alumina (Al2O3), que generalmente es un sustrato de alumina con un contenido de alumina del 96%.La tecnología del sustrato de alumina es muy madura y asequible..

Debido a la relativamente baja conductividad térmica de la cerámica de alumina (20-30W/m · K) y la mala coincidencia de los coeficientes de expansión térmica con materiales semiconductores como el Si y el SiC,la aplicación de sustratos de alumina en dispositivos de alta potencia es limitada.

4 Substrato cerámico de óxido de aluminio para LED

El sustrato de disipación de calor LED de alta potencia está compuesto principalmente de sustratos cerámicos.Los sustratos cerámicos de alta potencia más utilizados en el mercado son el LTCC (cerámica cocinada a baja temperatura) y el DPC (cerámica directamente recubierta de cobre), con materiales cerámicos como alumina y nitruro de aluminio.Los sustratos cerámicos de óxido de aluminio para LED tienen las características de una alta disipación de calor y una alta estanqueidad al aire, lo que puede mejorar la eficiencia luminosa y la vida útil de los LED.Y su buena estanqueidad le da un alto grado de resistencia al clima, lo que lo hace adecuado para diversos ambientes.