Materjali u karatteristiċi ta 'substrati taċ-ċeramika

Bil-progress u l-iżvilupp tat-teknoloġija, il-kurrent operattiv, it-temperatura tax-xogħol u l-frekwenza fl-apparati kienu qed isiru gradwalment. Sabiex tissodisfa l-affidabbiltà ta 'apparati u ċirkwiti, tressqu rekwiżiti ogħla għal trasportaturi ta' ċippa. Is-substrati taċ-ċeramika huma użati ħafna f'dawn l-oqsma minħabba l-proprjetajiet termali eċċellenti tagħhom, proprjetajiet ta 'microwave, proprjetajiet mekkaniċi u affidabilità għolja.

Fil-preżent, il-materjali taċ-ċeramika ewlenin użati fis-substrati taċ-ċeramika huma: l-alumina (Al2O3), in-nitrurat tal-aluminju (ALN), in-nitride tas-silikon (SI3N4), il-karbur tas-silikon (sic) u l-ossidu tal-berillju (BEO).

Intensità tal-kamp ta 'tfixkil ta '

Ma terjali	Purità	Konduttività termali (W / km)	kostanti elettrika relattiva	( kV / mm ^ (- 1))	fil-qosor comme nt s
al2o3	99%	29	9.7	10	Prestazzjoni tal-aħjar spejjeż, Applikazzjonijiet ħafna usa
'Aln	99%	150	8.9	15	Prestazzjoni ogħla, Iżda spiża ogħla
BEO	99%	310	6.4	10	Trab b'tossiku ħafna, Limitu għall-użu
Si3N4	99%	106	9.4	100	Prestazzjoni globali ottimali
SIC	99%	270	40	0.7	Fit biss għal applikazzjonijiet ta' frekwenza baxxa

Ejja naraw il-karatteristiċi fil-qosor ta 'dawn il-5 ċeramika avvanzata għal substrati kif ġej:

1. Alumina (Al2O3)

Polikristalli omoġenji Al2O3 jistgħu jilħqu aktar minn 10 tipi, u t-tipi ewlenin tal-kristall huma kif ġej: α-Al2O3, β-Al2O3, γ-Al2O3 u Zta-Al2O3. Fost dawn, α-Al2O3 għandu l-inqas attività u huwa l-iktar stabbli fost l-erba 'forom ewlenin tal-kristall, u ċ-ċellula tal-unità tagħha hija romboedru bil-ponta, li jappartjeni għas-sistema tal-kristall eżagonali. L-istruttura α-al2O3 hija stretta, l-istruttura tal-kurund, tista 'teżisti b'mod stabbli fit-temperaturi kollha; Meta t-temperatura tilħaq 1000 ~ 1600 ° C, varjanti oħra se jittrasformaw b'mod irriversibbli fi α-Al2O3.

Figura 1: Kristall mikrostrutura ta 'Al2O3 taħt SEM

Biż-żieda tal-frazzjoni tal-massa Al2O3 u t-tnaqqis tal-frazzjoni tal-massa tal-fażi tal-ħġieġ korrispondenti, il-konduttività termali taċ-ċeramika Al2O3 titla 'malajr, u meta l-frazzjoni tal-massa Al2O3 tilħaq 99%, il-konduttività termali tagħha hija rduppjata meta mqabbla ma' dik meta l-frazzjoni tal-massa hija 90%.

Għalkemm iż-żieda tal-frazzjoni tal-massa ta 'Al2O3 tista' ttejjeb il-prestazzjoni ġenerali taċ-ċeramika, iżżid ukoll it-temperatura tas-sinterizzazzjoni taċ-ċeramika, li indirettament twassal għal żieda fl-ispejjeż tal-produzzjoni.

2. Nitrid tal-Aluminju (ALN)

Aln huwa tip ta 'grupp ta' grupp ⅲ-V bi struttura ta 'wurtzite. L-unità taċ-ċellula tagħha hija Aln4 Tetrahedron, li tappartjeni għal sistema ta 'kristall eżagonali u għandha bond kovalenti qawwi, u għalhekk għandha proprjetajiet mekkaniċi eċċellenti u saħħa għolja tal-liwi. Teoretikament, id-densità tal-kristall tagħha hija 3.2611g / cm3, u għalhekk għandha konduttività termali għolja, u l-kristall Aln pur għandu konduttività termali ta '320W / (m · k) fit-temperatura tal-kamra, u l-konduttività termali tal-Aln li jinqata' bil-mod. Is-sottostrat jista 'jilħaq 150W / (m · k), li huwa aktar minn 5 darbiet dak ta' Al2O3. Il-koeffiċjent ta 'espansjoni termali huwa 3.8 × 10-6 ~ 4.4 × 10-6 / ℃, li huwa mqabbel sew mal-koeffiċjent ta' espansjoni termali ta 'materjali taċ-ċippa semikondutturi bħal SI, SiC u GAAs.

Figura 2: Trab tan-nitride tal-aluminju

Iċ-ċeramika Aln għandha konduttività termali ogħla minn ċeramika Al2O3, li gradwalment tissostitwixxi ċ-ċeramika Al2O3 fl-elettronika ta 'enerġija għolja u apparati oħra li jeħtieġu konduzzjoni ta' sħana għolja, u għandha prospetti wiesgħa ta 'applikazzjoni. Iċ-ċeramika ALN hija meqjusa wkoll bħala l-materjal preferut għat-tieqa tal-konsenja tal-enerġija ta 'apparat elettroniku bil-vakwu tal-enerġija minħabba l-koeffiċjent baxx ta' emissjoni ta 'elettroni sekondarji tagħhom.

3. Nitride tas-Silikon (Si3n4)

Si3N4 huwa kompost marbut b'mod kovalenti ma 'tliet strutturi tal-kristall: α-Si3N4, β-SI3N4, u γ-SI3N4. Fost dawn, α-Si3N4 u β-Si3N4 huma l-aktar forom tal-kristall komuni, bi struttura eżagonali. Il-konduttività termali ta 'kristall wieħed SI3N4 tista' tilħaq 400W / (m · k). Madankollu, minħabba t-trasferiment tas-sħana tal-fononi tiegħu, hemm difetti fil-kannizzata bħal vakanza u diżlokazzjoni fil-kannizzata attwali, u l-impuritajiet jikkawżaw li t-tifrix tal-fononi jiżdied, u għalhekk il-konduttività termali taċ-ċeramika sparata attwali hija biss ta 'madwar 20W / (M · k) - Billi ottimizza l-proporzjon u l-proċess ta 'sinterizzazzjoni, il-konduttività termali laħqet 106W / (m · k). Il-koeffiċjent ta 'espansjoni termali ta' Si3N4 huwa madwar 3.0 × 10-6 / c, li huwa mqabbel sew ma 'materjali Si, SiC u GaAs, li jagħmel iċ-ċeramika Si3N4 materjal ta' substrat taċ-ċeramika attraenti għal apparat elettroniku ta 'konduttività termali għolja.

Figura 3: Trab tan-nitride tas-silikon

Fost is-substrati taċ-ċeramika eżistenti, is-substrati taċ-ċeramika Si3N4 huma kkunsidrati bħala l-aħjar materjali taċ-ċeramika bi proprjetajiet eċċellenti bħal ebusija għolja, saħħa mekkanika għolja, reżistenza mekkanika għolja, reżistenza għat-temperatura għolja u stabbiltà termali, kostanti dielettrika baxxa u telf dielettriku, reżistenza għall-ilbies u reżistenza għall-korrużjoni. Fil-preżent, huwa favorit fl-imballaġġ tal-modulu IGBT u gradwalment jissostitwixxi substrati taċ-ċeramika Al2O3 u Aln.

4.Silicon Carbide (sic)

Sing Crystal SiC huwa magħruf bħala l-materjal tas-semikondutturi tat-tielet ġenerazzjoni, li għandu l-vantaġġi ta 'lakuna kbira ta' medda, vultaġġ ta 'tqassim għoli, konduttività termali għolja u veloċità għolja ta' saturazzjoni ta 'elettroni.

Billi żżid ammont żgħir ta 'BEO u B2O3 ma' SiC biex iżżid ir-reżistività tagħha, u mbagħad iżżid l-addittivi tas-sinterizzazzjoni korrispondenti fit-temperatura 'l fuq mill-1900 ℃ billi tuża s-sinterizzazzjoni tal-ippressar sħun, tista' tħejji d-densità ta 'aktar minn 98% taċ-ċeramika SIC. Il-konduttività termali taċ-ċeramika SiC b'purità differenti mħejjija b'metodi ta 'sinterizzazzjoni differenti u addittivi hija 100 ~ 490W / (m · k) f'temperatura tal-kamra. Minħabba li l-kostanti dielettrika taċ-ċeramika SiC hija kbira ħafna, hija adattata biss għal applikazzjonijiet ta 'frekwenza baxxa, u mhix adatta għal applikazzjonijiet ta' frekwenza għolja.

5. Berillia (BEO)

L-istruttura BEO hija wurtzite u ċ-ċellula hija sistema tal-kristall kubu. Il-konduttività termali tagħha hija għolja ħafna, frazzjoni tal-massa BEO ta '99% taċ-ċeramika BEO, f'temperatura tal-kamra, il-konduttività termali tagħha (konduttività termali) tista' tilħaq 310W / (M · k), madwar 10 darbiet il-konduttività termali tal-istess purità taċ-ċeramika Al2O3. Mhux biss għandu kapaċità ta 'trasferiment tas-sħana għolja ħafna, iżda għandu wkoll kostanti dielettrika baxxa u telf dielettriku u insulazzjoni għolja u proprjetajiet mekkaniċi, iċ-ċeramika BEO huma l-materjal preferut fl-applikazzjoni ta' apparati ta 'enerġija għolja u ċirkwiti li jeħtieġu konduttività termali għolja.

Figura 5: Struttura tal-Kristall ta 'Berillia

Il-konduttività termali għolja u l-karatteristiċi ta 'telf baxx ta' BEO huma s'issa mhux imqabbla minn materjali taċ-ċeramika oħra, iżda BEO għandu nuqqasijiet ovvji ħafna, u t-trab tiegħu huwa tossiku ħafna.

Fil-preżent, il-materjali tas-substrat taċ-ċeramika użati b'mod komuni fiċ-Ċina huma prinċipalment Al2O3, Aln u Si3N4. Is-sottostrat taċ-ċeramika magħmul mit-teknoloġija LTCC jista 'jintegra komponenti passivi bħal resistors, kondensaturi u indutturi fl-istruttura tridimensjonali. B'kuntrast ma 'l-integrazzjoni ta' semikondutturi, li huma primarjament apparat attiv, LTCC għandu kapaċitajiet ta 'wajers ta' interkonnessjoni 3D ta 'densità għolja.