С начала xxi века мир электроники находится в состоянии постоянного изменения. Бурный рост электронной технологии привел к значительному увеличению интеграции и плотности сборки компонентов. Однако этот прогресс также привел к возникновению серьезной проблемы: рассеиванию тепла. Возрастающая плотность энергии в компактных электронных устройствах делает эффективное управление теплом необходимым условием оптимальной производительности и надежности.
Возьмем в качестве примера высокомощную светодиодную тару. Лишь мизерные 20% - 30% потребляемой энергии преобразуются в полезный свет, а остальные 70% - 80% рассеиваются как тепло. Если не управлять должным образом, эта жара может привести к каскаду проблем. Внутренняя температура устройства может резко возрасти, подобно плите, находящейся на грани взрыва. Это чрезмерное тепло не только ухудшает производительность устройства, но и значительно снижает его срок службы. Электрические параметры становятся нестабильными, передача сигнала искажается и задерживается, и в худшем случае устройство может получить необратимые повреждения, ведущие к полному сбою системы.
Для решения этой дилеммы рассеивания тепла одним из важнейших компонентов стала упаковочная субстрата. Его основная функция заключается в Том, чтобы выступать в качестве канала, эффективно удаляя тепло, генерируемое чипом, и облегчая его обмен с внешней средой. Среди различных материалов, претендующих на эту роль, выделяются керамические материалы. Их уникальное сочетание свойств, включая высокую теплопроводность, отличную теплостойкость, отличную изоляцию, прочную механическую прочность и благоприятное тепловое соответствие с чиповыми материалами, сделало их предпочтительным выбором для упаковочных материалов силовых устройств.
Традиционно, широко используемые керамические субстраты включают Al₂O₃, SiC, и BeO. Al₂O₃ ceramic, с его долгой историей и зрелой технологии приготовления, является экономически эффективным и широко используется. Однако его теплопроводность 17-25 вт /(м · к) оказалась недостаточной для современных высокочастотных, высокомощных и высокоинтегрированных цепей. Кроме того, низкий коэффициент теплового расширения, соответствующий полупроводниковым материалам, таким, как Si и GaAs, приводит к внутренним нагрузкам при колебаниях температуры, что ограничивает его применение в высококлассной электронике.
Сок керамические субstrates хвастались относительно высокой теплопроводностью и коэффициентом теплового расширения, тесно связанным с Si, что является перспективным для интеграции с устройствами на основе Si. Вместе с тем их низкое качество диэлектриков приводит к возникновению помех и ослаблению сигнала, что делает их менее пригодными для применения, требующих высокой целостности сигнала. Кроме того, производство субстратов сок является энергоемким и дорогостоящим, а получение плотного и не имеющего дефектов продукта сопряжено с трудностями. Эти недостатки ограничивали SiC субстратами узкоспециализированных приложений.
Керамический субстрат BeO когда-то был перспективным кандидатом из-за его теплопроводности, сопоставимой с AlN. Однако его высокий коэффициент теплового расширения и токсичность порошка бео привели к его снижению. Неправильное поведение расширения вызывает стресс и нестабильность в устройствах, а токсичность создает серьезные риски для здоровья и окружающей среды. В результате этого большинство стран запретили его применение.
Нитрид алюминия, в частности, стал звездой в области керамических субстратов, увлекая инженеров и ученых своими замечательными свойствами.
Нитрид алюминия обладает необычайной теплопроводностью. При комнатной температуре его теоретическая теплопроводность может достигать 320 вт /(м · к), в 8-10 раз больше, чем у глинозема керамики. Даже при фактическом производстве он может достичь замечательной теплопроводности до 200 вт /(м · к). Это позволяет эффективно передавать тепло, подобно супермагистрали для тепловой энергии. Это обеспечивает быстрое удаление тепла с чипа, поддерживая стабильную рабочую температуру. Это, в свою очередь, повышает производительность устройства, снижает риск сбоев, вызванных нагревом, и расширяет device' срок службы s.
Коэффициент линейного расширения нитрида алюминия является скромным 4,6 ×10⁻⁶/K, что близко соответствует коэффициенту Si и GaAs. Его вариация также соответствует СИ. Эта совместимость терморасширения обеспечивает бесперебойную координацию между чипом и субстратом во время температурных изменений, предотвращая внутреннее напряжение и защищая прибор#39; структурная целостность. Кроме того, важным преимуществом является выравнивание решетки между нитридом алюминия и ганом. В полупроводниковых устройствах правильное выравнивание решеток имеет решающее значение для оптимальной электрической производительности. Нитрид алюминия#39;s решетка, соответствующая GaN, позволяет формировать высококачественные гетероузловые структуры, повышая электроноподвижность, ускоряя время переключения и снижая потребление энергии.
Алюминиевый нитрид керамический имеет ширину энергетического разрыва 6,2 эв, что придает ему отличные изоляционные свойства. В высокомощных светодиодных приложениях это устраняет необходимость в дополнительной изоляции, оптимизируя производственный процесс. Это приводит к снижению производственных затрат, повышению эффективности производства, а также повышению производительности и стабильности устройств. Обеспечивается точный контроль за током проводки и электронов переходов, минимизация риска выхода из строя электрической сети и обеспечение надежной работы.
Нитрид алюминия#39. Структура вуртцита, удерживаемая крепкими ковалентными связями, обладает замечательными механическими свойствами. Он может выдерживать жесткость производства и эксплуатации, включая давление упаковки, температурные нагрузки, вибрации и воздействия. В дополнение к этому, его выдающаяся химическая стабильность. Она остается незатронутой кислотной или щелочной средой и может выдерживать высокие температуры до 1000 градусов в воздухе и 1400 градусов в вакууме. Такая термостабильность не только облегчает спекание при высоких температурах, но и обеспечивает его пригодность для последующих этапов обработки.
Применение нитридных алюминиевых субстратов расширяется в различных областях.
Антенны должны надежно работать в самых разных средах. Окружные платы на основе AlN ceramici стали лучшим выбором. Их низкая диэлектрическая постоянная снижает потери высокой частоты, обеспечивая четкую передачу сигнала. Слой металлической пленки с низкой устойчивостью и отличным сцеплением проводит электричество эффективно, генерируя минимальное тепло. Керамическая основа обеспечивает высокую изоляцию, защищая хрупкие схемы от электрических дуг и короткого замыкания. Кроме того, высокая плотность упаковки плат на основе AlN ceramici отвечает требованиям современной электроники для миниатюризации и многофункциональности.
МКМС, имеющий решающее значение для аэрокосмического и военного применения, требует эффективного рассеивания тепла. MCM-C вариант, часто с использованием многослойной керамической конструкции, преимущества AlN ceramic's высокая теплопроводность. Эффективно удаляет тепло из микроэлектронных компонентов, снижая риск перегрева. В космосе и в военных целях керамические подложки AlN сохраняют целостность и функциональность бортовой электроники даже перед лицом космических лучей, резких колебаний температуры и вакуума космоса.
В области высокотемпературных полупроводниковых устройств SiC является ведущим материалом. В аэрокосмической технике датчики и компоненты SiC работают точно в высокотемпературных средах. Для высокотемпературной электронной тары AlN ceramic предпочтительнее Al₂O₃ из-за его превосходной теплопроводности и соответствия коэффициента теплового расширения SiC. Она обеспечивает бесперебойную теплопередачу, гарантируя стабильную работу и структурную целостность устройств SiC при высоких температурах.
Силовые полупроводниковые модули генерируют значительное тепло в процессе эксплуатации. AlN керамические субстраты, с высокой теплопроводностью, является идеальным выбором для рассеивания тепла. В автомобильной электронике, особенно в IGBT модулях привода электромобиля, AlN керамическая подложка помогает поддерживать module' оптимальная рабочая температура. Это повышает мощность транспортного средства, расширяет дальность полета и повышает стабильность и безопасность электронной системы автомобильного транспорта, обеспечивая более надежный опыт вождения.
Светодиоды сталкиваются с проблемами теплового рассеивания, которые могут ограничить их срок службы. AlN керамические субстраты выступают в качестве эффективных менеджеров тепла в светодиодной упаковке. Они быстро передают тепло от светодиодного чипа, снижая риск повреждения, вызванного перегревом. При коммерческом и наружном освещении керамические субстраты AlN обеспечивают надежное и непрерывное функционирование светодиодных огней, снижают затраты на техническое обслуживание и замену, а также обеспечивают стабильную освещенность.
В китае керамические субстраты на основе нитрида алюминия в настоящее время имеют относительно узкий диапазон применения по сравнению с глиноземными керамическими субстратами. Производственный процесс является весьма техническим и требует точного контроля и современного оборудования. Даже незначительные отклонения технологических параметров могут повлиять на качество продукции. Кроме того, стоимость керамических субстратов на основе нитрида алюминия относительно высока, что делает их менее привлекательными для экономически чувствительных предприятий.
Вместе с тем по мере развития технологии электронной информационной индустрии растет спрос на менее крупные, более мощные и функционально интегрированные электронные устройства. На рынке и#39; растет также ожидание теплового рассеивания и высокой термостойкости упаковочных материалов. Керамические субстраты из нитрида алюминия с их превосходными свойствами хорошо подходят для удовлетворения этих меняющихся потребностей.
Будущие исследования и разработки в области керамических субстратов на основе нитрида алюминия будут сосредоточены на нескольких ключевых областях. Во-первых, будут предприняты усилия по оптимизации процесса подготовки. Это включает изучение новаторских методов спекания в целях сокращения потребления энергии и сокращения производственных циклов. Могут использоваться новые методы отопления или альтернативные источники энергии. Кроме того, будут усовершенствованы высокоточные технологии формования для повышения стабильности субстратов и их качества.
Во-вторых, ученые и инженеры изучат взаимосвязь между микроструктурой керамики нитрида алюминия и их производительностью. Понимая эту взаимосвязь, такие стратегии, как допинг с конкретными элементами или создание композитных материалов могут быть использованы для дальнейшего повышения свойств нитрида алюминия. Например, допинг с редкоземельными элементами может повысить теплопроводность или в сочетании с другими материалами повысить механическую прочность и теплостойкость к удару.
Кроме того, расширяются горизонты применения керамических субстратов на основе нитрида алюминия. В квантовых вычислениях они могут обеспечить точный температурный контроль и эффективное рассеивание тепла для квантовых чипов, повышая точность и эффективность вычислений. В чипах искусственного интеллекта они будут обрабатывать интенсивное тепло, что позволит достичь пиковых показателей производительности и будет стимулировать развитие технологии ии. В области энергоэффективного освещения их применение в светодиодном освещении получит более широкое распространение, что повысит энергоэффективность и продлит срок службы. В условиях бурного развития новой автомобильной энергетики их роль в автомобильной электронике будет и далее укрепляться, что будет способствовать повышению эффективности и надежности транспортных средств и ускорению глобального перехода к "зеленой" энергетике.
В заключение, алюминиевый нитрид керамические субстраты находятся на пороге замечательного путешествия. Они обладают уникальными свойствами и разнообразным потенциалом применения, что делает их силой, с которой следует считаться. Это лишь вопрос времени, когда они займут свое законное место в качестве лидеров в области электронных субstrate материалов, направляя отрасль к новой эре технологического совершенства и инноваций.
Подайте ваш запрос,
Мы свяжемся с вами как можно скорее.
Sanxin New Materials Co., Ltd. специализируется на производстве и продаже керамических бусин и деталей, таких как шлифовальные средства, струйные бусины, подшипник, часть конструкции, керамические износостойкие вкладыши, наночастицы нанопорошка
Английский язык
Английский язык
Русский язык
Французский язык
На испанском языке
На португальском языке
Арабский язык