Bahan lan karakteristik substrat keramik

Kanthi kemajuan lan pangembangan teknologi, saiki operasi, suhu lan frekuensi ing piranti wis mboko sithik. Kanggo nyukupi pitados kanggo piranti lan sirkuit, syarat sing luwih dhuwur wis dilacak kanggo operator chip. Substrat Keramik digunakake ing lapangan kasebut amarga sipat termal sing apik banget, sifat mikro, linuwih dhuwur.

Saiki, bahan-bahan keramik utama sing digunakake ing substrat keramik yaiku: alumina (alumina (aluminium nitride (aln), silikon nitrida (sic) lan beryllium oksida (sicra).

Intensitas lapangan regane sing luwih dhuwur

Ma terial		Konduktivitas termal	kemurnian	(W / km)	Kontribtan Elektrasi Elektronik	( KV / mm ^ (- 1))	ringkes nt s
al2o3	99%	29	%	29%	kinerja paling apik, Luwih akeh aplikasi sing luwih wirth
aln	99%	150	8,9	15	kinerja sing luwih dhuwur, nanging
beo
99%	310	6,4	10	bubuk kanthi beracun, watesan nggunakake
SI3N4	99	%	106	96 9.4	Kinerja sakabehing paling optimal
SIC	99%	270 40	3 0,7 40	0.7	Mung cocog kanggo aplikasi frekuensi rendah

Ayo goleki ciri ringkes 5 keramik canggih kanggo substrat kaya ing ngisor iki:

1. Alumina (Al2O3)

Al2o3 PolCrystals homogen bisa nganti luwih saka 10 jinis, lan jinis kristal utama kayata: α-Al2o3, β-al2o3, β-al2o3. Antarane, α-Al2o3 duwe kegiatan paling murah lan paling stabil ing antarane papat bentuk kristal utama, lan sel unit kasebut kalebu Rhombohedron, sing kalebu ing sistem kristal hexagonal. Struktur α-Al2o3 rapet, struktur corundum, bisa uga ana stabil ing kabeh suhu; Yen suhu udakara 1000 ~ 1600 ° C, varian liyane bakal bisa ganti dadi α-Al2o3.

Gambar 1: Mekostrutur Crystal Al2o3 ing SEM

Kanthi kenaikan fraksi massa Al2o3 lan nyuda bagian bajingan gelas phase sing cocog karo keramik Al2o3 kanthi cepet, lan nalika fraksi massa al2o3 tekan 99%, konduktivitas termal tikel kaping pindho dibandhingake nalika fraksi massa 90%.

Sanajan nambah bagian seks al2o3 bisa nambah kinerja keramik sakabehe, mula uga nambah suhu keramik sing ora langsung, sing ora langsung nyebabake peningkatan biaya produksi.

2. Nitride Aluminium (Aln)

Aln minangka jinis klompok ⅲ-v karo struktur wurtzite. Unit kasebut yaiku Aln4 Tetrahedron, sing kalebu sistem kristal hexagonal lan duwe ikatan kovalen sing kuwat, saengga duwe sifat mekanik sing apik lan kekuatan lengkungan sing apik banget. Secara teori, Kapadhetan kristal kasebut yaiku 3.2611g / cm3, saengga duwe konduktivitas termal sing dhuwur, lan kristal sing murni duwe konduktivitas termal saka 320W / (m · K) ing suhu kamar, lan konduktivitas termal sing dipencet panas Substrat bisa tekan 150W / (m · k), sing luwih saka 5 kaping saka al2o3. Koefisi ekspansi termal yaiku 3.8 × 10-6 ~ 4.4 × 10-6 / ℃, sing cocog karo koefision ekspansi termal saka bahan chip termal kayata Si, Gaas.

Gambar 2: Bubuk Nitride Aluminium

Keramik Aln duwe konduktivitas termal sing luwih dhuwur tinimbang keramik Al2O3, sing mboko sithik keramik Al2o3 kanthi gedhe elektronik ing elektronik daya dhuwur-dhuwur lan piranti liyane sing mbutuhake prospek panas sing luwih akeh. Keramik Aln uga dianggep minangka bahan sing disenengi kanggo jendhela pangiriman energi ing piranti listrik vakum vakum vakum amarga koefision emisi elektron.

3. silikon nitride (si3n4)

SI3N4 minangka senyawa ikatan kecepatan kanthi telung struktur kristal: α-si3n4, lan β-si3n4, lan γ-si3n4. Antarane, α-si3n4 lan β-si3n4 minangka bentuk kristal sing paling umum, kanthi struktur hexagonal. Konduktivitas termal saka SI3N4 tunggal bisa tekan 400W / (m · k). Nanging, amarga transfer panas phon kasebut, ana cacat kecepatan kayata lowongan lan dislokasi ing kisi nyata, lan konduktivitas fonon kanggo nambah, saéngga konduktivitas termal saka keramik nyata mung sekitar 20w / (m · k) Waca rangkeng-. Kanthi ngoptimalake proses lan proses nyinteran, konduktivitas termal wis tekan 106W / (m · k). Koefision ekspansi termal yaiku udakara 3.0 × 10-6 / C, sing cocog karo bahan SIC lan Gaas, nggawe keramik Sic lan Gaas, nggawe keramik-organik sing apik kanggo piranti elektronik termal sing apik kanggo piranti elektronik termal sing apik.

Gambar 3: Wêdakakêna Silicon Nitride

Antarane substrat keramik sing ana, landasan keramik SI3N4 dianggep minangka bahan keramik sing paling apik kayata properti sing dhuwur banget, kerusakan mekanik sing dhuwur, retes lan rintangan dielektrik rendah, nyandhang resistensi lan resistensi dielektrik. Saiki, disenengi ing kemasan modul IGBT lan mboko sithik ngganti substrat keramik Al2o3 lan Aln.

4.Silicon Carbide (SIC)

Tunggal Crystal SIC dikenal minangka materi semikonduktor generasi katelu, sing duwe kaluwihan saka Gap band gedhe, voltase break gedhe, konduktivitas termal dhuwur lan kecepatan jenuh tertronik tinggi.

Kanthi nambah jumlah beo lan B2O3 kanggo nambah resetvitas, banjur nambah aditif sintering sing cocog ing suhu ing ndhuwur taun 1900 ℃ Nggunakake kapadhetan mesin keramik SIC. Konduktivitas termal saka keramik SIC kanthi kemurnian sing beda-beda disiapake cara lan aditif sintering sing beda yaiku 100 ~ 490w / (m · k) ing suhu kamar. Amarga konstan dielektrik keramik SIC gedhe banget, mung cocog kanggo aplikasi frekuensi rendah, lan ora cocog kanggo aplikasi frekuensi dhuwur.

5. Berylia (Beo)

Beo minangka struktur wurtzite lan sel yaiku sistem kristal kubik. Konduktivitas termal banget, bedhane keramik Beo 99%, ing suhu ruangan, konduktivitas termal (konduktivitas termal) bisa tekan 310W / (m · konduktivitas termal saka keramikan al2o3 sing padha. Ora mung duwe kapasitas transfer panas sing dhuwur banget, nanging uga duwe kerugian dielektrik sing dhuwur lan dielektrik lan sifat mekanik, keramik listrik yaiku bahan sirkuit sing luwih disenengi ing aplikasi piranti lan sirkuit sing luwih murah sing mbutuhake konduktivitas termal dhuwur.

Gambar 5: Struktur kristal saka Berylia

Konduktivitas termal lan karakteristik beo rendah banget ora ana gandhengane karo bahan keramik liyane, nanging beo duwe kekurangan sing jelas banget, lan bubuk banget beracun.

Saiki, bahan substrat keramik sing umume digunakake ing China utamane Al2o3, al2 lan SI3N4. Substrat keramik digawe dening teknologi LTCC bisa nggabungake komponen pasif kayata resistor, kapasitor lan induktor ing struktur telung dimensi. Beda karo integrasi semikonduktor, piranti utamane, LTCC duwe kapabilitas wiring 3D sambungake.