¿Para qué se utiliza el sustrato cerámico?

¿Para qué se utiliza el sustrato cerámico?

¿Para qué se utiliza el sustrato cerámico? El sustrato cerámico es una lámina de cobre unida directamente a alúmina (Al2O3) o nitruro de aluminio (Al2O3). a alta temperatura AlN) placa de proceso especial en la superficie del sustrato cerámico (una o dos caras). Veamos para qué se utilizan los sustratos cerámicos. ¿Para qué se utilizan los sustratos cerámicos? 1

1. Aplicación de sustratos cerámicos en chips

En los LED, los sustratos cerámicos se suelen utilizar para fabricar chips para lograr una mejor conductividad térmica. Además, los sustratos cerámicos se utilizan a menudo para fabricar chips cerámicos en los siguientes equipos electrónicos:

　◆Módulos semiconductores de potencia de alta potencia.

◆Refrigeradores semiconductores, calentadores electrónicos; circuitos de control de potencia, circuitos híbridos de potencia.

◆Componentes de potencia inteligentes; fuentes de alimentación conmutadas de alta frecuencia, relés de estado sólido.

◆Electrónica de automoción, componentes electrónicos aeroespaciales y militares.

◆Componentes de paneles solares; interruptores dedicados a telecomunicaciones, sistemas de recepción láser y otros productos electrónicos industriales.

2. Aplicación de sustratos cerámicos en semiconductores de tercera generación

Los dispositivos de potencia convencionales representados por MOSFET, IGBT, transistores, etc. están en su respectiva frecuencia. bandas y fuentes de alimentación. El segmento de energía tiene su lugar. Debido al rendimiento integral y excelente de IGBT, ha reemplazado a GTR y se ha convertido en el dispositivo principal en inversores, UPS, convertidores de frecuencia, variadores de motor, fuentes de alimentación conmutadas de alta potencia, especialmente en dispositivos electrónicos de alta potencia como vehículos eléctricos y alta potencia. -tren rápido.

3. Aplicación de sustratos cerámicos de alúmina en el campo de la electrónica de potencia

En el campo de la electrónica de potencia, como fuentes de alimentación conmutadas, accionamientos eléctricos, etc., sustratos cerámicos dieléctricos son necesarios para lograr un mejor rendimiento de conductividad térmica para evitar el desgaste de la corriente y los cortocircuitos.

4. La aplicación de placas cocidas de cerámica de alúmina en la industria de las baterías de litio

Con las recomendaciones de la inteligencia artificial y la protección del medio ambiente, la industria del automóvil también ha lanzado coches eléctricos, principalmente a través de baterías. Para el almacenamiento de electricidad, las baterías de litio fabricadas con sustratos cerámicos pueden lograr mejores funciones de disipación de calor y corriente y promover la demanda del mercado de vehículos de nueva energía.

5. Aplicación de sustratos cerámicos en circuitos integrados

Los chips de sustrato cerámico de tamaño pequeño (menos de 3 mm * 3 mm) también se pueden empaquetar en circuitos integrados de pequeño tamaño a través de la tecnología, por lo que La aplicación de circuitos integrados también está creciendo; después de todo, el desarrollo de circuitos integrados tiene las características de precisión y miniaturización. ¿Para qué se utilizan los sustratos cerámicos?

Características de los sustratos cerámicos

1. Fuerte tensión mecánica, forma estable; alta resistencia, alta conductividad térmica, alto aislamiento, fuerte fuerza de unión, anti-; corrosión.

2. Excelente rendimiento del ciclo térmico, con un número de ciclos de hasta 50.000 veces y alta confiabilidad.

3. Al igual que la placa PCB (o sustrato IMS), se puede grabar en varias estructuras de patrones sin contaminación ni contaminación.

4. El rango de temperatura de funcionamiento es de -55 ℃ ~ 850 ℃; el coeficiente de expansión térmica es cercano al del silicio, lo que simplifica el proceso de producción de los módulos de potencia.

Ventajas de los sustratos cerámicos

1. El coeficiente de expansión térmica de los sustratos cerámicos es cercano al de los chips de silicio, lo que puede ahorrar láminas de Mo de capa de transición, ahorrar mano de obra, materiales y reducir costos

　2. Reducir las capas de soldadura, reducir la resistencia térmica, reducir los huecos y mejorar el rendimiento

　3. Con la misma capacidad de carga actual, el ancho de línea de cobre de 0,3 mm de espesor; la lámina es solo el 10% de la de las placas de circuito impreso ordinarias;

4. La excelente conductividad térmica hace que el paquete del chip sea muy compacto, lo que aumenta en gran medida la densidad de potencia y mejora la confiabilidad del sistema y el dispositivo. /p>

1. El sustrato cerámico ultrafino (0,25 mm) puede reemplazar al BeO, sin problemas de toxicidad ambiental.

2. Gran capacidad de carga, la corriente de 100 A pasa continuamente a través de 1 mm de ancho y 0,3 mm de espesor; cuerpo de cobre y el aumento de temperatura es de aproximadamente 17 °C; la corriente de 100 A pasa continuamente a través de 2 mm. El cuerpo de cobre tiene 0,3 mm de ancho y el aumento de temperatura es de solo aproximadamente 5 ℃

3. Baja resistencia térmica; La resistencia térmica del sustrato cerámico de 10 × 10 mm tiene un espesor de 0,63 mm y la resistencia térmica del sustrato cerámico es de 0,31 K/W, la resistencia térmica del sustrato cerámico de 0,38 mm de espesor es 0,19 K/W y la resistencia térmica del sustrato cerámico de 0,25 El sustrato cerámico de mm de espesor es de 0,14 K/W.

4. Alta resistencia al voltaje de aislamiento, lo que garantiza la seguridad personal y la capacidad de protección del equipo.

5. Se pueden implementar nuevos métodos de embalaje y ensamblaje para hacer productos altamente integrados y de tamaño reducido.

Requisitos de rendimiento del sustrato cerámico

1. Propiedades mecánicas

Los sustratos cerámicos tienen una resistencia mecánica suficientemente alta además de soportar componentes. También se puede utilizar como miembro de soporte; tiene buena procesabilidad y alta precisión dimensional; es fácil realizar múltiples capas; su superficie es lisa y no presenta deformaciones, dobleces, microfisuras, etc.

2. Propiedades eléctricas

Alta resistencia de aislamiento y voltaje de ruptura de aislamiento; baja constante dieléctrica; pequeña pérdida dieléctrica; rendimiento estable en condiciones de alta temperatura y humedad, lo que garantiza confiabilidad sexual.

3. Propiedades térmicas

La conductividad térmica es alta; el coeficiente de expansión térmica coincide con el de los materiales relacionados (especialmente el coeficiente de expansión térmica del Si) y la resistencia al calor.

4. Otras propiedades

Buena estabilidad química; fácil de metalizar, fuerte adhesión a patrones de circuitos; no higroscópico; pequeña cantidad de emisión de rayos; Los materiales utilizados no contaminan y no son tóxicos; la estructura cristalina no cambia dentro del rango de temperatura de uso; la tecnología es madura, es fácil de fabricar y el precio es bajo; Para qué se utilizan los sustratos cerámicos 3

Tipos de sustratos cerámicos

Según proceso de fabricación

Los tipos de sustratos cerámicos de disipación de calor más habituales en esta etapa incluyen el HTCC ,LTCC,DBC,DPC. DBC y DPC son tecnologías profesionales que se han desarrollado y madurado en China en los últimos años y pueden producirse en masa. DBC utiliza calentamiento a alta temperatura para combinar placas de Al2O3 y Cu. El cuello de botella técnico es que no es fácil resolver el problema. de microporos entre las placas de Al2O3 y Cu, lo que plantea un mayor desafío para la energía de producción en masa y el rendimiento de este producto.

La tecnología DPC utiliza tecnología de revestimiento de cobre directo para depositar Cu en el sustrato de Al2O3. Combina materiales y tecnología de proceso de película delgada, sus productos son los sustratos cerámicos de disipación de calor más utilizados en los últimos años. Sin embargo, sus capacidades de integración de tecnología de procesos y control de materiales son relativamente altas, lo que hace que el umbral técnico para ingresar a la industria DPC y lograr una producción estable sea relativamente alto.

1. HTCC (Cerámica cocida a alta temperatura)

HTCC también se llama cerámica multicapa cocida a alta temperatura. El proceso de producción y fabricación es muy similar al LTCC. Las principales diferencias son. El punto es que el polvo cerámico de HTCC no contiene material de vidrio. Por lo tanto, el HTCC debe secarse y endurecerse hasta obtener un embrión verde en un ambiente de alta temperatura de 1300 ~ 1600 °C. Luego, se perforan los orificios. y los agujeros se rellenan e imprimen con tecnología de serigrafía, debido a su alta temperatura de cocción, la selección de materiales conductores metálicos es limitada. Los principales materiales son tungsteno, molibdeno, manganeso... y otros metales con puntos de fusión más altos pero pobres. conductividad, que finalmente se laminan y sinterizan para formar.

2. LTCC (Cerámica cocida a baja temperatura)

LTCC también se denomina sustrato cerámico multicapa cocido a baja temperatura. Esta tecnología requiere. Primero, mezcle el polvo de alúmina inorgánica y aproximadamente del 30% al 50% del material de vidrio con un aglutinante orgánico para formar una suspensión turbia, luego use un raspador para raspar la suspensión en láminas y luego realice un proceso de secado. Como una suspensión, se forman embriones verdes delgados y luego se perforan orificios de acuerdo con el diseño de cada capa para transmitir señales en cada capa.

Los circuitos internos de LTCC utilizan tecnología de serigrafía, respectivamente. Se llena de agujeros y circuitos impresos, y los electrodos interior y exterior pueden estar hechos de plata, cobre, oro y otros metales respectivamente. Finalmente, cada capa se lamina y se coloca en un horno de sinterización a 850 ~ 900 ° C para sinterizar y moldear. , y está completo.

3. DBC (Cobre Adherido Directo)

La tecnología de recubrimiento directo de cobre utiliza el líquido cristalino que contiene oxígeno para conectar directamente el cobre a la cerámica. Su principio básico es una cantidad adecuada de oxígeno. introducido entre el cobre y la cerámica antes o durante el proceso de unión En el rango de 1065 ℃ ~ 1083 ℃, el cobre y el oxígeno forman un líquido cristalino de Cu-O que utiliza este líquido cristalino. Por un lado, reacciona químicamente con la cerámica. sustrato para generar la fase CuAlO2 o CuAl2O4, y por otro lado se infiltra en la lámina de cobre para lograr la combinación del sustrato cerámico y la placa de cobre.

4. DPC (Direct Plate Copper)

El DPC también se denomina sustrato de revestimiento de cobre directo. Tomemos como ejemplo el proceso del sustrato DPC: primero, el sustrato cerámico se preprocesa y. Se limpia y la película delgada se usa para fabricarla profesionalmente. Tecnología: el método de recubrimiento al vacío se usa para pulverizar y combinar la capa compuesta de metal de cobre sobre el sustrato cerámico, y luego usar un fotorresistente de litografía de luz amarilla para volver a exponerlo, revelarlo y grabarlo. , y se retira para completar la producción del circuito. Finalmente, se utiliza galvanoplastia/deposición no electrolítica para agregar el espesor del circuito. Después de retirar el fotoprotector, se completa la producción del circuito metalizado.