Série Substrato Cerâmico - Materiais para Embalagens Eletrônicas Substratos Cerâmicos
O processo de chips para dispositivos e sistemas é chamado de embalagem eletrônica. Os chips só podem se tornar dispositivos completos com características diferenciadas depois de embalados. As principais funções da embalagem eletrônica incluem proteção mecânica, interconexão elétrica, dissipação de calor e correspondência de calor e orientação de luz para reduzir a perda de luz e melhorar a eficiência da luz. Portanto, como substrato para embalagens de dispositivos eletrônicos, ele precisa ter alta resistência, alta condutividade térmica, boa resistência ao calor, alto isolamento, correspondência térmica com materiais de chip, alta refletividade e outras propriedades. Atualmente, os materiais cerâmicos têm as características acima e têm sido amplamente utilizados em iluminação de semicondutores, lasers e comunicação óptica, aeroespacial, eletrônica automotiva, perfuração em alto mar e outros campos.
Substratos cerâmicos,também conhecidas como placas de circuito de cerâmica, incluem substratos de cerâmica e camadas de circuito de metal. Materiais comuns para substratos cerâmicos de embalagens eletrônicas incluemóxido de alumínio (Al2O3),nitreto de alumínio (AlN),nitreto de silício (Si3N4), e óxido de berílio (BeO). Abaixo estão suas propriedades e características técnicas.
| UNID | Unidade | 96% Al2O3 | 99,6% Al2O3 | AlN-170 | AlN-190 | Si3N4 |
| Cor | --- | Branco | Branco | Cinza claro | Cinza claro | Cinza escuro |
| Densidade | g/cm3 | 3,72 | 3.9 | 3.33 | 3.32 | 3.2 |
| Resistência à Flexão (@25℃) | Mpa | 380 | 500 | 382 | 335 | 420 |
| Condutividade Térmica (@25℃) | W/MK | >=24 | >=33 | >=170 | >=190 | >=170 |
| Coeficiente de expansão térmica (20-300℃) | 10-6mm/℃ | 6.9 | 6.9 | 2.8 | 2.8 | 4.6 |
| Resistividade Elétrica (@25℃) | O.Cm | 10^14 | 10^14 | 10^14 | 10^14 | 10^14 |
| Constante Dielétrica (@1MHz, 25℃) | --- | 9 | 9.9 | 8.56 | 8.56 | 8 |
| Força de quebra | KV/mm | 17 | 17 | 18h45 | 18h45 | 15 |
| Rigidez da superfície | Ra(μm) | 0,2-0,4 | 0,2-0,4 | 0,3-0,5 | 0,3-0,5 | 0,2-0,6 |
Mascera'sprincipais parâmetros para a produção de substratos cerâmicos
1. Cerâmica de óxido de alumínio
O óxido de alumínio é geralmente feito de 96% ou 99,6% de óxido de alumínio como substrato cerâmico, e sua cor é branca. A cerâmica de óxido de alumínio tem as vantagens de fontes ricas de matérias-primas, baixo preço, alto isolamento, resistência ao calor, resistência à corrosão química e alta resistência mecânica. É um material de substrato cerâmico com bom desempenho abrangente, representando mais de 80% da quantidade total de materiais de substrato cerâmico. No entanto, devido à sua condutividade térmica relativamente baixa e alto coeficiente de expansão térmica, geralmente é usado em eletrônicos automotivos, iluminação de semicondutores, equipamentos elétricos e outros campos.
2. Cerâmica de nitreto de alumínio
O material de nitreto de alumínio é cinza claro e pertence ao sistema de cristal hexagonal. É um composto covalente com a unidade de estrutura zincblende de AlN4. Esta estrutura determina suas excelentes propriedades térmicas, elétricas e mecânicas. A condutividade térmica da cerâmica de nitreto de alumínio é 6-8 vezes maior que a da cerâmica de óxido de alumínio, mas o coeficiente de expansão térmica é de apenas 50% dela. Além disso, possui alta resistência de isolamento, baixa constante dielétrica e boa resistência à corrosão. Exceto por seu custo mais alto, o desempenho abrangente da cerâmica de nitreto de alumínio é superior ao da cerâmica de óxido de alumínio, tornando-a um material de substrato de embalagem eletrônica ideal, especialmente adequado para campos com requisitos de alta condutividade térmica.
3. Cerâmica de nitreto de silício
O Si3N4 possui três estruturas cristalinas, a saber, fase α, fase β e fase γ (onde as fases α e β são as mais comuns), todas com estrutura hexagonal e o substrato é de cor cinza escuro. Tem as vantagens de alta dureza, alta resistência, baixo coeficiente de expansão térmica e alta resistência à corrosão. Devido à complexa estrutura cristalina da cerâmica Si3N4, as primeiras pesquisas acreditavam que sua condutividade térmica era baixa devido à dispersão significativa de fônons. No entanto, com extensa pesquisa e otimização de processo, a condutividade térmica da cerâmica de nitreto de silício melhorou continuamente e agora ultrapassou 177 W/(m·K). Entre os materiais cerâmicos que podem ser usados como materiais de substrato, a cerâmica Si3N4 tem a maior resistência à flexão e boa resistência ao desgaste, tornando-o o melhor material cerâmico em termos de propriedades mecânicas abrangentes. Ao mesmo tempo, seu coeficiente de expansão térmica é o menor, tornando-o considerado um material de substrato de embalagem muito promissor para dispositivos de energia. No entanto, seu processo de preparação é complexo e o custo elevado, tornando-o adequado para aplicações em campos com requisitos de alta resistência.
4. Cerâmica de óxido de berílio
BeO tem uma baixa densidade e uma estrutura de ligação covalente forte e do tipo wurtzita, e tanto o pó quanto o substrato são brancos. A condutividade térmica do BeO é várias vezes superior à do Al2O3, tornando-o adequado para circuitos de alta potência e possui boas propriedades abrangentes. No entanto, devido à toxicidade do pó de BeO, existem problemas ambientais e não pode ser produzido em muitos países. A temperatura de sinterização do BeO pode atingir acima de 1900°C, tornando o custo de produção alto; a condutividade térmica do BeO diminui com o aumento da temperatura, o que limita a promoção e aplicação do óxido de berílio. No entanto, em certos dispositivos semicondutores de alta potência e alta frequência, equipamentos eletrônicos aeroespaciais e comunicações via satélite,
5.Outros
Além dos materiais cerâmicos mencionados acima, carboneto de silício (SiC), nitreto de boro (BN) e outros também podem ser usados como materiais de substrato cerâmico. Entre eles, a condutividade térmica do material de cristal único de cerâmica SiC pode atingir 490 W/(m·K) à temperatura ambiente, mas a condutividade térmica do policristalino SiC é de apenas 67 W/(m·K). Além disso, a constante dielétrica do material SiC é 40, que é quatro vezes maior que a da cerâmica AlN, limitando sua aplicação de alta frequência. O material BN tem boas propriedades abrangentes, mas como material de substrato não possui vantagens proeminentes, seu preço é caro e o coeficiente de expansão térmica não corresponde ao dos materiais semicondutores.
No geral, os substratos cerâmicos desempenham um papel crucial na embalagem de dispositivos de energia e são materiais eletrônicos importantes que são o foco de pesquisa e desenvolvimento em vários países.Rímelproduz substratos cerâmicos de alta qualidade usandoalumina,nitreto de alumínio, enitreto de silíciocomo materiais, e introduziu equipamentos a laser na linha de produção para corte, traçado e perfuração a laser de acordo com os requisitos do cliente. A precisão do tamanho é alta, a velocidade de processamento é rápida e a estabilidade do produto é boa. Para tratamento de superfície, polimento ou metalização DPC&DBC também podem ser fornecidos. Se você quiser nossa cotação, envie-nos seus detalhes de design ou exigência.
