Seramik substratların materialları və xüsusiyyətləri

Texnologiyanın tərəqqisi və inkişafı ilə cihazlarda işləyən, işləmə temperaturu və tezliyi tədricən daha yüksək olur. Cihazların və sxemlərin asılılığını ödəmək üçün, çip daşıyıcıları üçün daha yüksək tələblər irəli sürüldü. Seramik substratlar, əla istilik xüsusiyyətləri, mikrodalğalı xüsusiyyətləri, mexaniki xüsusiyyətləri və yüksək etibarlılığa görə bu sahələrdə geniş istifadə olunur.

Hazırda keramika substratlarında istifadə olunan əsas keramika materialları bunlardır: alüminium (al2o3), alüminium nitridi (ALN), silikon nitridi (SI3N4), silikon karbid (SIC) və Berillium Oksid (BeryLium Oksid (Beriliya).

99% istifadə etmək üçün məhdudiyyət

Maorial _	Saflıq	istilik keçiriciliyi (W / km)	nisbi elektrik sabiti	davamlı pozucu sahə intensivliyi (kV / mm ^ (- 1))	qısa komme nt s
al2o3	99%	29	9.7	10	ən yaxşı xərc performansı, Daha geniş tətbiqlər
Aln	99%	150	8.9	15	daha yüksək performans, Ancaq daha yüksək qiymət
bezi	99	%	310	6.4	Toxuculuq ,
SI3N4	99%	106	9.4	100%	106
,	99	%	270	40	(yalnız aşağı tezlikli tətbiqlərə uyğundur

Gəlin bu 5 qabaqcıl keramikin qısa xüsusiyyətlərini aşağıdakı kimi substratlara görə görək:

1. Alumina (AL2O3)

AL2O3 homogen petrystallar 10-dan çox növə çata bilər və əsas büllur növləri aşağıdakılardır: α-AL2O3, β-AL2O3, γ-AL2O3 və ZTA-AL2O3. Onların arasında α-AL2O3 ən aşağı fəaliyyətə malikdir və dörd əsas büllur forması arasında ən sabitdir və onun vahid hüceyrəsi, altıbucaqlı kristal sisteminə aid bir rombohedrondır. α-AL2O3 quruluşu sıx, korundum quruluşu, bütün temperaturda sabit ola bilər; Temperatur 1000 ~ 1600 ° C-ə çatdıqda, digər variantlar geri dönməz dərəcədə α-al2o3-ə çevriləcəkdir.

Şəkil 1: SET altında AL2O3-nin kristal mikrostruturası

AL2O3 kütlə fraksiyasının artması və müvafiq şüşə faza kütlə fraksiyasının azalması ilə, Al2o3 keramikalarının istilik keçiriciliyi sürətlə yüksəlir və 99% -ə çatdıqda, onun istilik keçiriciliyi ilə müqayisədə iki dəfə artmışdır 90%.

AL2O3-nin kütləvi fraksiyasının artırılmasına baxmayaraq keramika ümumi performansını yaxşılaşdıra bilər, bu da dolayı yolla istehsal xərclərinin artmasına səbəb olan keramika temperaturunu artırır.

2. Alüminium nitridi (ALN)

ALN, Wurtzite quruluşu ilə bir növ ⅲ-v birləşməsidir. Bölmə hüceyrəsi Aln4 Tetrahedron, hexagonal kristal sisteminə aiddir və güclü kovalent bağıdır, buna görə əla mexaniki xüsusiyyətlərə malikdir və yüksək əyilmə gücü var. Nəzəri cəhətdən, büllur sıxlığı 3.2611g / sm3-dir, buna görə yüksək istilik keçiriciliyi var və təmiz ALN Crystal, otaq temperaturunda 320W / (m · k) istilik keçiriciliyinə malikdir Substrat, AL2O3-dən 5 dəfədən çox olan 150W / (m · k) çata bilər. İstilik genişləndirmə əmsalı 3.8 × 10-6 ~ ~ 4,4 × 10-6 × 10-6 / ℃, SI, SIC və GAAS kimi yarımkeçirici çip materiallarının istilik genişləndirilməsi əmsalı ilə yaxşı uyğunlaşmışdır.

Şəkil 2: Alüminium nitridin tozu

ALN keramikasında AL2O3 keramikalarından daha yüksək istilik keçiriciliyinə malik, AL2O3 keramikalarından daha yüksək enerji enerjisi elektronikasında və yüksək istilik keçiriciliyini tələb edən digər qurğular və geniş tətbiq perspektivlərinə malikdir. ALN keramika, aşağı ikinci dərəcəli elektron emissiya əmsalı səbəbindən enerji vakuum elektron cihazlarının enerji çatdırılma pəncərəsi üçün üstünlük verilən material kimi qəbul edilir.

3. Silikon nitridi (SI3N4)

SI3N4 üç kristal quruluşu olan covalentally bağlanmış bir mürəkkəbdir: α-si3n4, β-si3n4 və γ-si3n4. Onların arasında α-si3n4 və β-si3n4, altıbucaqlı quruluşu olan ən çox yayılmış büllur formalarıdır. Tək kristal Si3n4-nin istilik keçiriciliyi 400W / (m · k) -ə çata bilər. Bununla birlikdə, fonon istilik ötürülməsinə görə, əsl paneldə vakansiya və çirklənmə kimi vakansiya və dislokasiya kimi lattice qüsurları var, buna görə fononun artmasına səbəb olur, buna görə faktiki atəş edilmiş keramikanın istilik keçiriciliyi yalnız 20W / (m · k) . Nifor və təriqət prosesini optimallaşdırmaqla istilik keçiriciliyi 106W / (m · k) çatdı. SI3N4-nin istilik genişləndirilməsi əmsalı, SI3N4 keramika, yüksək istilik keçiriciliyi elektron cihazları üçün SI3N4 keramika hazırlayan SI, SIC və GAAS materialları ilə yaxşı uyğunlaşan təxminən 3.0 × 10-6 / C təşkil edir.

Şəkil 3: Silikon nitridinin tozu

Mövcud keramika substratları arasında SI3N4 keramika substratları yüksək sərtlik, yüksək mexaniki güc, yüksək temperatur müqavimət və istilik sabitliyi, aşağı dielektrik sabit və dielektrik itkisi, aşınma müqaviməti və korroziya müqaviməti kimi əla xüsusiyyətləri olan ən yaxşı keramika materialları hesab olunur. Hazırda iGBT modulu qablaşdırmasında üstünlük verilir və tədricən AL2O3 və ALN keramika substratlarını əvəz edir.

4.Silicon karbid (sic)

Tək kristal SIC, böyük bant boşluğu, yüksək qiymətləndirmə gərginliyi, yüksək istilik keçiriciliyi və yüksək electikatlıq sürətinin üstünlükləri olan üçüncü nəsil yarımkeçirici material kimi tanınır.

Müqavimətini artırmaq üçün az miqdarda B2O3 və B2O3-ə qədər olan B2O3-ə və B2O3 əlavə etməklə, sonra 1900-dən yuxarı temperaturda müvafiq sinekli əlavələri əlavə etməklə, isti pressing sinering istifadə edərək, SIC keramikasının 98% -dən çoxunun sıxlığını hazırlaya bilərsiniz. Fərqli çəkmə metodları və aşqarların hazırladığı fərqli saflıq ilə SIC keramikalarının termal keçiriciliyi 100 ~ 490w / (m · k) otaq temperaturunda. SIC keramikalarının dielektrik sabiti çox böyükdür, yalnız aşağı tezlikli tətbiqlər üçün uyğundur və yüksək tezlikli tətbiqlər üçün uyğun deyil.

5. Beriliya (BEO)

Beo Wurtzite quruluşudur və hücrə kub kristal sistemidir. Onun istilik keçiriciliyi çox yüksəkdir, 99% beo keramika, otaq temperaturunda, istilik keçiriciliyi (istilik keçiriciliyi) 310W / (m · k), eyni saflıq al2o3 keramikasının istilik keçiriciliyinə çata bilər. Yalnız çox yüksək istilik ötürmə qabiliyyətinə malik deyil, həm də aşağı dielektrik sabit və dielektrik itkisi və yüksək izolyasiya və mexaniki xüsusiyyətlərə malikdir, beeo keramika yüksək enerji qurğularının və yüksək elektrikli qurğuların tələb olunan tətbiqi olan üstünlük təşkil edir.

Şəkil 5: Beriliyanın kristal quruluşu

Beonun yüksək istilik keçiriciliyi və aşağı itkinin xüsusiyyətləri bu günə qədər digər keramika materialları ilə müqayisədədir, amma beeo çox açıq nöqsanları var və tozu çox zəhərlidir.

Hazırda Çində ümumiyyətlə istifadə olunan keramika substrat materialları əsasən AL2O3, ALN və SI3N4-dir. LTCC texnologiyası tərəfindən hazırlanmış keramika substratı, üçölçülü quruluşda rezistor, kondensatorlar və induktorlar kimi passiv komponentləri birləşdirə bilər. Əsasən aktiv cihazlar olan yarımkeçiricilərin inteqrasiyasından fərqli olaraq, LTCC yüksək sıxlığa 3D-nin bir-birinə qarışır.