Կերամիկական ենթաշերտերի նյութերն ու բնութագրերը

Տեխնոլոգիայի առաջընթացով եւ զարգացումով գործառնական հոսանքը եւ հաճախականությունը սարքերում աստիճանաբար ավելի բարձր են: Սարքերի եւ սխեմաների հուսալիությունը բավարարելու համար ավելի բարձր պահանջներ են առաջադրվել չիպային փոխադրողների համար: Կերամիկական ենթաշերտերը լայնորեն օգտագործվում են այս ոլորտներում `իրենց գերազանց ջերմային հատկությունների, միկրոալիքային գույքի, մեխանիկական հատկությունների եւ բարձր հուսալիության պատճառով:

Ներկայումս կերամիկական ենթաշերտերում օգտագործված հիմնական կերամիկական նյութերն են. Ալյումինա (ալյումին), ալյումինե նիտրիդ (Aln), սիլիկոն Nitride (SI3N4), սիլիկոնային կարբիդ (SIC) եւ բերիլիա օքսիդ (Bery):

Մա տարածություն	Մաքուր	ջերմային հաղորդունակություն .	_	_ _	_ _ _
_	_	_	_	_	_ Շատ ավելի լայն դիմումներ
Aln	99%	150	8.9	15	Ավելի բարձր արդյունավետություն, Բայց ավելի բարձր արժեք
Beo	99%	310	6.4	10	փոշի `խիստ թունավոր, սահմանափակում օգտագործելու համար
SI3N4	99%	106	9.4	100	օպտիմալ ընդհանուր ներկայացում
SIC	99%	270	40	0.7	Միայն տեղին է ցածր հաճախականության ծրագրերի համար

Եկեք տեսնենք սուբստրադների այս 5 առաջադեմ կերամիկայի համառոտ բնութագրերը հետեւյալ կերպ.

1. Ալյումինա (al2o3)

Al2o3 համասեռ պոլիկրիտալները կարող են հասնել ավելի քան 10 տեսակի, իսկ հիմնական բյուրեղապակի տեսակները հետեւյալն են. Α-al2o3, β-al2o3, γ-al2o3 եւ zta-al2o3: Դրանց թվում α-al2o3- ը ամենացածր գործունեությունն ունի եւ չորս հիմնական բյուրեղային ձեւերի շարքում ամենացածրը է, եւ դրա միավորի բջիջը մատնանշված ռոմբոիդրոն է, որը պատկանում է վեցանկյուն բյուրեղային համակարգին: α-al2o3 կառուցվածքը ամուր է, կորոնկային կառուցվածքը, կարող է կայուն գոյություն ունենալ բոլոր ջերմաստիճանում; Երբ ջերմաստիճանը հասնում է 1000 ~ 1600 ° C, այլ տարբերակներ անդառնալիորեն կվերափոխվեն α-al2o3- ի:

Գծապատկեր 1. SEM- ի ներքո Al2O3- ի բյուրեղային մանրադիտակը

AL2O3 զանգվածային մասնաբաժնի բարձրացումով եւ համապատասխան ապակու փուլային զանգվածային մասնաբաժնի իջեցմամբ, AL2O3 կերամիկայի ջերմային հաղորդունակությունը արագորեն աճում է, եւ երբ AL2O3 զանգվածային խմբակցությունը հասնում է 99% -ի, դրա ջերմամեկուսությունը կրկնապատկվում է 90%:

Չնայած AL2O3- ի զանգվածային մասնաբաժինը կարող է բարելավել կերամիկայի ընդհանուր կատարումը, այն նաեւ մեծացնում է կերամիկայի սերիտային ջերմաստիճանը, որն անուղղակիորեն հանգեցնում է արտադրության ծախսերի բարձրացման:

2. Ալյումինե նիտրիդ (Aln)

Aln- ը Wurtzite կառուցվածքով մի տեսակ խմբային ⅲ-v բարդույթ է: Դրա միավորի բջիջը Aln4 Tetrahedron- ն է, որը պատկանում է վեցանկյուն բյուրեղային համակարգին եւ ունի ուժեղ կովալենտային կապ, այնպես որ այն ունի գերազանց մեխանիկական հատկություններ եւ բարձր թեքություն: Տեսականորեն, դրա բյուրեղապակի խտությունը 3.2611G / CM3 է, ուստի այն ունի բարձր ջերմային հաղորդունակություն, իսկ մաքուր Aln Crystal- ը սենյակային ջերմաստիճանում ունի 320W / (M · K) ջերմային հաղորդունակություն, իսկ տաք սեղմված կրակի ջերմային հաղորդունակությունը Substrate- ը կարող է հասնել 150W / (m · k), ինչը ավելի քան 5 անգամ գերազանցում է Al2O3- ը: Ther երմային ընդլայնման գործակիցը 3,8 × 10-6 ~ 4.4 × 10-6 / ℃ է, որը լավ համընկնում է կիսահաղորդչային չիպային նյութերի ջերմային ընդլայնման գործակիցին, ինչպիսիք են SI, SIC եւ GAA- ները:

Գծապատկեր 2. Ալյումինե նիտրիդի փոշի

Aln Ceramics- ը ավելի բարձր ջերմային հաղորդունակություն ունի, քան AL2O3 կերամիկան, որն աստիճանաբար փոխարինում է բարձր էներգիայի էլեկտրոնիկայի եւ ջերմության բարձրացում պահանջող այլ սարքերում եւ ունի կիրառման լայն հեռանկարներ: Aln Ceramics- ը համարվում է նաեւ նախընտրելի նյութեր Էլեկտրաէներգիայի էլեկտրոնային սարքերի էներգիայի առաքման պատուհանի համար `դրանց ցածր երկրորդական էլեկտրոնային արտանետումների գործակիցի պատճառով:

3. Սիլիկոն նիտրիդ (SI3N4)

SI3N4- ը կովալենտային կապակցված միացություն է `երեք բյուրեղային կառույցներով` α-si3n4, β-si3n4 եւ γ-si3n4: Դրանց թվում α-si3n4- ը եւ β-si3n4- ը բյուրեղային ամենատարածված ձեւերն են, վեցանկյուն կառուցվածքով: Single Crystal Si3N4- ի ջերմային հաղորդունակությունը կարող է հասնել 400W / (M · K): Այնուամենայնիվ, իր ֆոնոն ջերմափոխանակման պատճառով կան վանդակավոր թերություններ, ինչպիսիք են թափուր տեղը եւ տեղաշարժը իրական վանդակավորության մեջ, եւ կեղտաջրերը հնչեցնում են հնչյունային ցրումը, ուստի իրական կրակված կերամիկայի ջերմային հաղորդունակությունը միայն 20W / (M · K) է Մի շարք Համամասնության եւ զգացմունքային գործընթացը օպտիմալացնելով, ջերմային հաղորդունակությունը հասել է 106W / (m · k): SI3N4- ի ջերմային ընդլայնման գործակիցը մոտ 3,0 × 10-6 / գ է, որը լավ համընկնում է SI- ի, SIC- ի եւ GAAS նյութերի հետ, պատրաստելով si3n4 Կերամիկա գրավիչ կերամիկական ենթաշերտ նյութը բարձր ջերմային հաղորդունակության էլեկտրոնային սարքերի համար:

Գծապատկեր 3. Սիլիկոնային նիտրիդ փոշի

Գոյություն ունեցող կերամիկական ենթաբաժինների շարքում SI3N4 կերամիկական ենթաբաժինները համարվում են լավագույն կերամիկական նյութեր, որոնք ունեն հիանալի հատկություններ, ինչպիսիք են բարձր կարծրությունը, բարձր ջերմաստիճանի բարձր ջերմաստիճանը եւ ջերմաստիճան կայունությունը եւ դիէլեկտրական վնասը: Ներկայումս այն կողմ է IGBT մոդուլի փաթեթավորման մեջ եւ աստիճանաբար փոխարինում է Al2O3- ի եւ Aln կերամիկական ենթաբաժինների:

4.Silicon Carbide (SIC)

Single Crystal SIC- ը հայտնի է որպես երրորդ սերնդի կիսահաղորդչային նյութ, որն ունի խոշոր խմբի բացը, բարձր խափանման լարման, բարձր ջերմային հաղորդունակության եւ էլեկտրոնների բարձրորակ արագության առավելություններ:

Իր դիմադրողականությունը բարձրացնելու համար SIC- ի փոքր քանակությամբ Beo եւ B2O3 ավելացնելով, այնուհետեւ ավելացնելով համապատասխանեցված հավելանյութերը 1900-ից բարձր ջերմաստիճանում `օգտագործելով տաք սեղմիչ sinter- ի խտությունը: Տարբեր մաքրության տարբեր մաքրության ջերմային կերամիկայի ջերմային հաղորդունակությունը տարբեր մաքրության մեթոդներով եւ հավելանյութերով պատրաստված է 100 ~ 490W / (M · K) սենյակային ջերմաստիճանում: Քանի որ SIC կերամիկայի դիէլեկտրական կայունությունը շատ մեծ է, այն հարմար է միայն ցածր հաճախականության դիմումների համար եւ հարմար չէ բարձր հաճախականության դիմումների համար:

5. Beryllia (Beo)

Beo- ն Wurtzite կառուցվածքն է, եւ բջիջը խորանարդ բյուրեղային համակարգ է: Դրա ջերմային հաղորդունակությունը շատ բարձր է, Beo զանգվածային բաժանումը 99% Beo կերամիկայի, սենյակային ջերմաստիճանում, դրա ջերմային հաղորդունակությունը (ջերմային հաղորդունակությունը) կարող է հասնել 310W / (M · K), նույն մաքրության ջերմային հաղորդունակությունը: Ունի ոչ միայն ջերմափոխանակման շատ բարձր հզորություն, այլեւ ունի ցածր դիէլեկտրիկ կայուն եւ դիէլեկտրական կորուստ եւ բարձր մեկուսացում եւ մեխանիկական հատկություններ, Beo կերամիկան նախընտրելի նյութ է բարձր էներգիայի կիրառման համար, որոնք պահանջում են բարձր ջերմային հաղորդունակություն:

Գծապատկեր 5. Բերիլիայի բյուրեղյա կառուցվածքը

Beo- ի բարձր ջերմային հաղորդունակությունն ու ցածր կորստի բնութագրերը մինչ այժմ անհամեմատելի են այլ կերամիկական նյութերով, բայց Beo- ն ունի շատ ակնհայտ թերություններ, եւ դրա փոշին խիստ թունավոր է:

Ներկայումս Չինաստանում սովորաբար օգտագործված կերամիկական ենթաշերտ նյութերը հիմնականում AL2O3, Aln եւ SI3N4 են: LTCC տեխնոլոգիայի կողմից պատրաստված կերամիկական ենթաշերտը կարող է ինտեգրվել պասիվ բաղադրիչներով, ինչպիսիք են դիմադրիչները, կոնդենսատորներն ու ինդուկտորները եռաչափ կառուցվածքում: Ի տարբերություն կիսահաղորդիչների ինտեգրման, որոնք հիմնականում ակտիվ սարքեր են, LTCC- ն ունի բարձր խտության 3D փոխկապակցման էլեկտրալարեր: