Материјали и карактеристике керамичких подлога

Уз напредак и развој технологије, оперативна струја, радна температура и фреквенција у уређајима постепено се постављају веће. Да би се испунили поузданост уређаја и склопова, постављени су већи захтеви за превознике чипова. Керамичке подлоге се широко користе у овим областима због њихових одличних термичких својстава, микроталасна својства, механичка својства и висока поузданост.

Тренутно су главни керамички материјали који се користе у керамичким подлогама: Алумина (АЛ2О3), алуминијум нитрид (АЛН), силицијум нитрида (Си3Н4), силицијум карбида (СИЦ) и берилијум оксид (берилијум оксид).

Материјал _		Термална проводљивост	чистоће	(В / км)	Релативна електрична константна	реметилачка интензитет поља (кВ / мм ^ (- 1))	кратак цомме НТ с
ал2о3	99%	29	9,7	10	најбољих перформанси трошкова, Много шире апликације
Алн	99%	150	8.9	15	Виши перформансе, Али већи коштати
БЕО	99%	310	6,4	10	Прах са високо токсичним, ограничењем за употребу
СИ3Н4	99%	106	9.4	100	Оптимално укупно перформансе
СИЦ	99%	270	40	0,7	Само за примјене ниске фреквенције

Да видимо кратке карактеристике ових 5 напредних керамика за подлоге на следећи начин:

1. Алумина (АЛ2О3)

АЛ2О3 хомогени поликристали могу достићи више од 10 врста, а главни кристални типови су следећи: α-ал2о3, β-ал2о3, γ-ал2о3 и зТА-ал2о3. Међу њима, α-ал2о3 има најнижу активност и најстабилније је међу четири главна кристална формата, а његова јединица је шиљата ромбохедрон, који припада хексагоналном кристалном систему. Структура α-ал2о3 је уска, корундум структура, може постојати стабилно на свим температурама; Када температура достигне 1000 ~ 1600 ° Ц, и друге варијанте ће се неповратно трансформисати у α-ал2О3.

Слика 1: Кристални микрострутурал АЛ2О3 под сем

Повећањем масовне фракције АЛ2О3 и смањење одговарајуће масовне фракције масовне стакла, топлотна проводљивост ал2о3 керамике расте, а када ал2о3 масовна фракција достигне 99%, његова топлотна проводљивост је удвостручена у односу на то када је масовна фракција 90%.

Иако је повећање масовне фракције АЛ2О3 може побољшати укупне перформансе керамике, такође повећава температуру синтеровања керамике, што индиректно доводи до повећања трошкова производње.

2. Алуминијум нитрид (Алн)

Алн је врста групе ⅲ-В једињења са вуртзитном структуром. Његова јединична ћелија је АЛН4 Тетрахедрон, која припада хексагоналном кристалном систему и има снажну ковалентну везу, тако да има одлична механичка својства и високу чврстоћу савијања. Теоретски, његова густина кристала је 3,2611г / цм3, тако да има високу топлотну проводљивост, а чисти алн кристал има термичку проводљивост 320В / (м · к) на собној температури и топлотна проводљивост топле-пресоване гадне температуре Подлога може достићи 150В / (м · к), што је више од 5 пута од АЛ2О3. Коефицијент топлотне експанзије је 3,8 × 10-6 ~ 4.4 × 10-6 / ℃, што је добро подударно са коефицијентом топлотног експанзије полуводичких материјала за чип као што је СИ, СИЦ и ГААС.

Слика 2: Прах алуминијумског нитрида

Алн керамика има већу топлотну проводљивост од Ал2О3 керамике, која постепено замењује ал2о3 керамику у електроничкој електроници и другим уређајима који захтевају високу топлотну проводљивост и има широке перспективе апликације. Алн керамика се такође сматрају пожељним материјалом за прозор испоруке енергије у вакуумским електронским уређајима због њиховог ниског коефицијента емисије Електрона.

3. Силицијум нитрида (СИ3Н4)

Си3н4 је ковалентно везан једињење са три кристалне структуре: α-си3н4, β-си3н4 и γ-си3н4. Међу њима, α-си3н4 и β-си3н4 су најчешћи кристални облици, са шестерокутном структуром. Термална проводљивост појединачних кристала СИ3Н4 може да достигне 400В / (м · к). Међутим, због свог фононског преноса топлоте, постоје рашчлањиване недостатке, као што су слободно место и дислокација у стварној решетки, а нечистоћа узрокују да се фононски распршивачи, тако да је топлотна проводљивост стварне церамичке керамике само око 20В / (м · к) . Оптимизацијом процеса удела и синтеровања, топлотна проводљивост је достигла 106В / (м · к). Коефицијент термичког експанзије СИ3Н4 је око 3,0 × 10-6 / Ц, што је добро подударно са СИ, СИЦ и ГААС материјалима, правећи Си3н4 керамику атрактивном керамичком подлогом материјала за високу термичку проводљивост електронских уређаја високе термичке проводљивости.

Слика 3: Прах силицијума нитрида

Међу постојећим керамичким подлогама, СИ3Н4 керамичке подлоге сматрају се најбољим керамичким материјалима са одличним својствима као што су велика тврдоћа, висока механичка чврстоћа, високим средствима за високу температуру и топлотну стабилност, низак диелектрични константни и диелектрични губитак и диелектрични губитак и диелектрични губитак и диелектрични губитак и диелектрични губитак и диелектрични губитак и диелектрични губитак. Тренутно је фаворизовано у ИГБТ модулу амбалажа и постепено замењује АЛ2О3 и Алн керамичке подлоге.

4.Силицон Царбиде (СИЦ)

Појединачни кристални СИЦ познат је као полуводич треће генерације, који има предности великог опсега великих опсега, високог напона, високе топлотне проводљивости и велике брзине засићености електрона.

Додавањем мале количине Бео и Б2О3 у СИЦ-у да би повећао његову отпорност, а затим додавање одговарајућег адитива за синтеровање на температури изнад 1900 ℃ користећи топло прешање синтеровања, можете припремити густину више од 98% сичке керамике. Термичка проводљивост СИЦ керамике са различитом чистоћом припремљеним различитим методама синтеровања и адитива је 100 ~ 490В / (м · к) на собној температури. Пошто је диелектрична константа СИЦ керамике веома велика, погодна је само за нискофреквентне апликације и није погодна за високофреквентне апликације.

5. Бериллиа (БЕО)

БЕО је структура Вуртзите и ћелија је кубни кристални систем. Његова топлотна проводљивост је веома висока, бео масовна фракција од 99% бео керамика, на собној температури, његова топлотна проводљивост (термичка проводљивост) може доћи до 310В / (м · к), око 10 пута топлотна проводљивост исте чистоће ал2О3 керамике. Не само да има веома висок капацитет преноса топлоте, али такође има ниску диелектричну константну и диелектричну губитак и високу изолацију и механичка својства, БЕО керамика су пожељни материјал у примени високих уређаја и склопова који захтевају високу термалну проводљивост.

Слика 5: Кристална структура берилије

Висока топлотна проводљивост и ниске карактеристике за губитке од Београда су до сада без премлаћивања од стране других керамичких материјала, али БЕО има врло очигледне недостатке, а прах је врло токсичан.

Тренутно су најчешће коришћене керамичке супстратне материјале у Кини углавном АЛ2О3, АЛН и СИ3Н4. Керамичка супстрат коју је направио ЛТЦЦ технологија може интегрисати пасивне компоненте као што су отпорници, кондензатори и индуктори у тродимензионалној структури. За разлику од интеграције полуводича, који су првенствено активни уређаји, ЛТЦЦ има 3Д интерконективне могућности за повезивање са високом густином 3Д.