Kärnfördelarna, egenskaperna och processtekniken hos keramiska substrat
Keramiska substrat spelar en viktig roll inom elektronikområdet på grund av deras betydande fördelar såsom hög värmeledningsförmåga, utmärkta isoleringsegenskaper och värmeledningsförmåga. Men vilka är de framträdande fördelarna med keramiska substrat jämfört med keramiska wafers?
1、Skillnaden mellan keramiska substrat och keramiska wafers
Keramiska wafers fungerar som platta material som ger en stödjande bas för filmkretselement och ytmonterade komponenter på en elektronisk keramisk bas.
Å andra sidan involverar keramiska substrat en specialiserad process där kopparfolie är direkt bunden till ytan av en keramisk wafer (enkelsidig eller dubbelsidig) vid höga temperaturer. Det resulterande ultratunna kompositsubstratet uppvisar utmärkt elektrisk isolering, hög värmeledningsförmåga, enastående lödbarhet, hög vidhäftningsstyrka och kan etsas med olika mönster som liknar PCB, och har således betydande strömförande kapacitet.Därför har keramiska substrat blivit grundläggande material för högeffekts elektroniska kretsstrukturer och sammankopplingsteknologier.
2、 Kärnfördelar med keramiska substrat
Keramiska substrat uppvisar stark mekanisk spänningsbeständighet och formstabilitet, hög hållfasthet, värmeledningsförmåga och isolering, tillsammans med stark bindnings- och korrosionsbeständighet. De erbjuder utmärkt termisk cyklingsprestanda och hög tillförlitlighet, vilket möjliggör etsning av olika mönster som liknar PCB (eller IMS-substrat). Keramiska substrat är icke-förorenande och miljövänliga.
3、Keramiska substrats egenskaper
（1）Mekaniska egenskaper
Tillräckligt hög mekanisk hållfasthet möjliggör användning som stödkomponenter förutom monteringselement, med god bearbetbarhet och hög dimensionsnoggrannhet.
（2）Elektriska egenskaper
Högt isolationsmotstånd och genombrottsspänning, låg dielektricitetskonstant och minimal dielektrisk förlust säkerställer stabil prestanda under höga temperaturer och luftfuktighet, vilket säkerställer tillförlitlighet.
（3）Termiska egenskaper
Hög värmeledningsförmåga, matchande värmeutvidgningskoefficienter med relaterade material (särskilt med Si), och utmärkt värmebeständighet.
（4）Övriga egenskaper
Utmärkt kemisk stabilitet, enkel metallisering med stark vidhäftning för kretsmönster, icke-hygroskopisk, oljebeständig, kemikaliebeständig, låg röntgenstrålning, giftfri, och den kristallina strukturen förblir oförändrad inom driftstemperaturområdet.
4、Tekniker för tillverkning av keramiska substrat (HTCC, LTCC, DPC, DBC, AMB)
Keramiska substrat klassificeras främst i platta keramiska substrat och tredimensionella keramiska substrat baserat på tillverkningsprocesser. De viktigaste teknikerna för platta keramiska substrat inkluderar Thin Film Ceramic (TFC), Tjockfilm Printed Ceramic (TPC), Direct Bonded Copper (DBC), Active Metal Brazing (AMB) och Direct Plating Copper (DPC). Viktiga tredimensionella keramiska substrat inkluderar högtemperatur-sambränd keramik (HTCC) och lågtemperatur-sambränd keramik (LTCC).
(1)HTCC (High-Temperature Co-fired Ceramic)
HTCC, som utvecklats tidigare, innebär sambränning av keramik med metallmönster med hög smältpunkt som W, Mo för att erhålla keramiska substrat i flera lager. Dess höga sintringstemperatur begränsar emellertid valet av elektrodmaterial, och produktionskostnaden är relativt hög, vilket föranledde utvecklingen av LTCC.
(2)LTCC (Low-Temperature Co-fired Ceramic)
LTCC sänker sameldningstemperaturen till cirka 850°C, staplar och sambränder flera keramiska filmskikt med metallmönster för att uppnå tredimensionell kretsledning. LTCC utmärker sig i passiv integration och finner bred tillämpning på olika marknader som konsumentelektronik, kommunikation, fordon och försvar.
(3)DPC (Direct Plating Copper)
Utvecklad baserad på keramisk filmteknologi, avsätter DPC koppar på keramiska substrat med hjälp av sputterteknik och bildar kretsar genom elektroplätering och fotolitografiprocesser.
(4)DBC (Direct Bonded Copper)
DBC använder termisk smältbindning för att direkt binda kopparfolie till Al2O3 och AlN keramiska ytor, vilket bildar kompositsubstrat. Dess tekniska flaskhals ligger i att ta itu med utmaningen med mikrohålrum mellan Al2O3 och kopparfolie, vilket innebär betydande utmaningar för massproduktion och avkastning.
(5)AMB (Active Metal Brazing)
Baserat på DBC-teknologi, uppnår AMB heterogen bindning mellan keramik och metall med hjälp av AgCu lödpasta som innehåller aktiva element Ti, Zr, vilket underlättar vätning och reaktion vid gränssnittet mellan keramik och metall vid cirka 800°C.
Bland de fem huvudprocesserna som nämnts tillhör både HTCC och LTCC sintringsprocesser, som generellt medför högre kostnader. Omvänt är DBC och DPC relativt nya, mogna utvecklingar inriktade på massproduktion, med DBC som använder högtemperaturuppvärmning för att binda Al2O3 med Cu-substrat. En betydande teknisk utmaning med DBC ligger dock i att ta itu med förekomsten av mikrohålrum mellan Al2O3 och Cu, vilket påverkar skalbarheten och utbytet av produkten. Å andra sidan använder DPC-tekniken direkt kopparplätering för att deponera Cu på Al2O3-substrat, integrera material och tunnfilmsbearbetningstekniker. DPC-baserade produkter har blivit de mest använda keramiska värmeavledningssubstraten de senaste åren. Ändå utgör de höga kraven på materialkontroll och processteknologi integrering högre inträdesbarriärer för att komma in i DPC-industrin och uppnå en stabil produktion.
I jämförelse med traditionella produkter uppnår AMB-keramiska substrat högre bindningsstyrka och bättre tillförlitlighet genom kemiska reaktioner mellan keramisk och aktiv metalllödpasta vid höga temperaturer. Detta gör dem mycket lämpliga för scenarier som kräver högpresterande anslutningar eller krav på högströmstransport och värmeavledning, särskilt inom industrier som nya energifordon, järnvägstransporter, vindkraftsproduktion, solceller, 5G-kommunikation, där efterfrågan på AMB-keramisk koppar- beklädda laminat är betydande.
XIAMEN MASCERA TECHNOLOGY CO., LTD. är en ansedd och pålitlig leverantör specialiserad på tillverkning och försäljning av tekniska keramiska delar. Vi tillhandahåller skräddarsydd produktion och högprecisionsbearbetning för en bred serie av högpresterande keramiska material inklusive aluminiumoxid keramik, zirkonium keramik, kiselnitrid, kiselkarbid, bornitrid, aluminiumnitrid och bearbetbar glaskeramik. För närvarande kan våra keramiska delar hittas i många industrier som mekanisk, kemisk, medicinsk, halvledare, fordon, elektronik, metallurgi etc. Vårt uppdrag är att tillhandahålla keramiska delar av bästa kvalitet för globala användare och det är ett stort nöje att se vår keramik delar fungerar effektivt i kundernas specifika applikationer. Vi kan samarbeta om både prototyp och massproduktion, välkommen att kontakta oss om du har önskemål.
