Mit dem Aufkommen der Informationstechnologie-Revolution hat sich die Branche der integrierten Schaltkreise rasant entwickelt. Die zunehmende Integrationsdichte elektronischer Systeme führt zu einer höheren Leistungsdichte und einer stärkeren Wärmeentwicklung der elektronischen Komponenten und des Gesamtsystems. Daher muss eine effektive elektronische Verpackung die Wärmeableitung elektronischer Systeme berücksichtigen.
In diesem Zusammenhang haben Keramiksubstrate mit ihrer hervorragenden Wärmeableitungsleistung einen rasanten Anstieg der Marktnachfrage erfahren. Insbesondere für Aluminiumnitrid (AlN)-Keramiksubstrate, obwohl sie im Vergleich zu anderen Substraten deutlich teurer sind, sind sie nach wie vor Mangelware und sogar schwer zu finden. Warum ist das so?
Die Gründe sind einfach. Der Autor sieht drei Hauptpunkte:①Überragende Leistung, die ihren Preis wert ist②Anspruchsvoller Produktionsprozess③Schnelles Marktwachstum.
Heute werden wir tiefer in diese drei Aspekte eintauchen, um besser zu verstehen AlN-Keramiksubstrate.
01 Hervorragende Wärmeleitfähigkeit
Erste, keramische Verpackungssubstrate Die hohe Wärmeleitfähigkeit des Materials dient in erster Linie der Wärmeableitung vom Chip (Wärmequelle) und dem Wärmeaustausch mit der Umgebung. Für Leistungshalbleiterbauelemente müssen die Verpackungssubstrate folgende Anforderungen erfüllen:
Hohe Wärmeleitfähigkeit zur Erfüllung der Wärmeableitungsanforderungen.
Hervorragende Hitzebeständigkeit für Anwendungen mit hohen Temperaturen (über 200°C).
Angepasster Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) an Chipmaterialien zur Reduzierung der thermischen Spannung im Gehäuse.
Niedrige Dielektrizitätskonstante für Hochfrequenzleistung, wodurch die Signalübertragungsverzögerung reduziert und die Geschwindigkeit verbessert wird.
Hohe mechanische Festigkeit, um die mechanischen Leistungsanforderungen während der Verpackung und Anwendung zu erfüllen.
Gute Korrosionsbeständigkeit gegenüber starken Säuren, Basen, kochendem Wasser, organischen Lösungsmitteln usw.
Definierte Struktur, um die Anforderungen an die hermetische Abdichtung elektronischer Geräte zu erfüllen.
Wie verhält sich Aluminiumnitrid? Als keramisches Substratmaterial, AlN-Keramikteile zeichnen sich durch hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Festigkeit, hohen spezifischen Widerstand, geringe Dichte, niedrige Dielektrizitätskonstante, Ungiftigkeit und einen dem Silizium entsprechenden Wärmeausdehnungskoeffizienten aus. Diese Eigenschaften machen es zu einem der vielversprechendsten Hochtemperatur-Keramikmaterialien.
02 Komplexer und langwieriger Produktionsprozess
Die Herstellung von AlN-Keramiksubstraten ist äußerst komplex und zeitaufwändig, was sich hauptsächlich in zwei Aspekten widerspiegelt: der Vorbereitung des hochwertigen AlN-Pulvers und der Herstellung der Substrate. Lassen Sie’Lassen Sie uns diese beiden Bereiche getrennt untersuchen.
1. Aluminiumnitridpulver
Die Qualität fast aller Industriekeramikprodukte wird stark von der Qualität des Rohmaterials beeinflusst, und AlN-Keramiksubstrate bilden hier keine Ausnahme.
(1) Pulverherstellungsverfahren
Da es sich um ein Hochleistungspulvermaterial handelt, arbeiten Forscher weltweit kontinuierlich an Innovationen, um technische Herausforderungen in bestehenden Prozessen zu bewältigen und gleichzeitig neue, effizientere Herstellungsmethoden zu erforschen. Die derzeit am weitesten verbreiteten industriellen Verfahren sind die carbothermische Reduktion und die Direktnitrierung. Diese ausgereiften, einfachen Verfahren liefern hochwertige Produkte.
(2) Mehrere Faktoren beeinflussen die Pulverleistung
Die Leistungsfähigkeit von AlN-Keramikprodukten hängt direkt von den Eigenschaften des Rohpulvers ab, insbesondere von seiner wertvollsten Eigenschaft—Wärmeleitfähigkeit. Zu den wichtigsten Faktoren, die die Wärmeleitfähigkeit beeinflussen, gehören:Sauerstoff und andere VerunreinigungenBesinterungsdichte, mMikrostruktur.Diese Faktoren spiegeln sich im AlN-Pulver wider’s Reinheit, Partikelgröße und Form.
(3) Hydrolyseempfindlichkeit und Modifikationsbedarf
Trotz seiner hervorragenden Eigenschaften hat AlN-Pulver einen großen Nachteil: Es neigt stark zur Hydrolyse. In feuchter Umgebung reagiert es leicht mit Hydroxylgruppen im Wasser zu Aluminiumhydroxid, wodurch sich auf der Oberfläche eine Aluminiumoxidschicht bildet. Diese Schicht löst Sauerstoff im Gitter auf, verringert die Wärmeleitfähigkeit und verändert die physikochemischen Eigenschaften, was die Anwendung erschwert.
Die derzeitige Lösung besteht in der Beschichtung der aLuminumnitridpartikel mit einer Substanz, die sie vom Wasser isoliert und so die Hydrolyse verhindert. Zu den Methoden zur Verhinderung der Hydrolyse gehören:chemische Oberflächenmodifizierungphysikalische Oberflächenbeschichtung.
2. Substratherstellung
(1) Formung keramischer Substrate
Das primäre Verfahren zur Herstellung von AlN-Keramiksubstraten ist das Foliengießen.
(2) Kritischer Schritt—Sintern
Das Sintern ist ein entscheidender Schritt bei der Vorbereitung des AlN-Substrats.Aufgrund seiner Einfachheit und geringen Kosten wird das drucklose Sintern bei AlN-Substraten am häufigsten angewendet. Um jedoch eine hohe Leistung zu erzielen, sind in der Regel hohe Temperaturen und Sinterhilfsmittel erforderlich.
Die Gleichmäßigkeit der Sintertemperatur im Ofen hat einen erheblichen Einfluss auf AlN-Keramiken. Forschung zur Temperaturgleichmäßigkeit unterstützt die Massenproduktion, Kostensenkung und Kommerzialisierung.
Für das dichte Sintern von Keramik ist die Zugabe von Sinterhilfsmitteln die wirtschaftlichste und effektivste Methode.Diese Materialien erfüllen beim Sintern zwei Zwecke:
Sie reagieren mit Oberflächen-Al₂O₃ zur Bildung flüssiger Aluminate, die den Massentransfer durch viskose Strömung fördern. Dadurch werden die Partikelkontaktwinkel angepasst, Poren gefüllt und die Verdichtung verbessert.Sie reagieren mit Sauerstoff und reduzieren den Sauerstoffgehalt im Gitter.
In reduzierenden Atmosphären müssen Sinterzeit und -temperatur sorgfältig kontrolliert werden, um eine AlN-Reduktion zu verhindern. Neutrale Atmosphären (z. B. N₂) vermeiden dieses Problem und sind daher für die Herstellung von Hochleistungs-AlN-Keramiken vorzuziehen.
Über Xiamen Juci-Technologie Co., Ltd.
Xiamen Juci Technology Co., Ltd. ist ein High-Tech-Unternehmen, das sich auf die Forschung, Entwicklung, Produktion und den Vertrieb von Hochleistungskeramiken spezialisiert hat. Als führender Hersteller von AlN-SubstratenDas Unternehmen hat sich der Bereitstellung hochwertiger Produkte und Lösungen auf Basis von Aluminiumnitrid für Branchen wie die Elektronik-, Halbleiter- und Luft- und Raumfahrtindustrie verschrieben. Dank außergewöhnlicher Qualität und hervorragendem Service genießt Xiamen Juci das breite Vertrauen seiner Kunden weltweit.
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