Mikrowellen-Technik - Hochfrequenter keramischer Untergrund für elektronische Verpackungen

Hochfrequenzsubstrat aus Keramik (also known as a ceramic circuit board) has the characteristics of hohe Wärmeleitfähigkeit, gute Hitzebeständigkeit, niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient, hohe mechanische Festigkeit, gute Isolierung, Korrosionsbeständigkeit, Strahlenbeständigkeit, und so weiter, und ist weit verbreitet in der Verpackung von elektronischen Geräten.

Die erste Generation von Halbleitern, repräsentiert durch Silizium (Si) und Germanium (Ge) Materialien, wurde hauptsächlich im Bereich des Datenbetriebs eingesetzt, der den Grundstein für die Mikroelektronikindustrie legte. Die Halbleiter der zweiten Generation, vertreten durch GaAs und InP, werden hauptsächlich im Kommunikationsbereich eingesetzt und werden zur Herstellung von Hochleistungsmikrowellen-, Millimeter- und lichtemittierenden Geräten verwendet, die das Fundament der Informationsindustrie legen. Mit der Entwicklung der Technologie und der kontinuierlichen Erweiterung der Anwendungsanforderungen werden die Grenzen der beiden allmählich reflektiert, und es ist schwierig, die Anforderungen der Hochfrequenz, der hohen Temperatur, der hohen Leistung, der hohen Energieeffizienz, der rauen Umgebungsbeständigkeit und der leichten Miniaturisierung zu erfüllen.

The third-generation semiconductor materials represented by silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN) have the characteristics of the large bandgap, hohe kritische Durchschlagsspannung, high thermal conductivity, hohe Trägersättigungsgeschwindigkeit, und so weiter. The electronic devices made by them can work stabilities at 300°C or even higher temperatures (also known as power semiconductors or high-temperature semiconductors). It is the "core" of the solid-state light source (such as LED), laser (LD), Leistungselektronik (such as IGBT), focused photovoltaic (CPV), Mikrowellenfrequenz ((RF)), und andere Geräte. Es hat breite Anwendungsaussichten in der Halbleiterbeleuchtung, Automobilelektronik, the new generation of mobile communications (5G), neue Energie- und Energiefahrzeuge, Hochgeschwindigkeits-Eisenbahntransit, Unterhaltungselektronik, und andere Bereiche. Es wird erwartet, den Engpass der traditionellen Halbleitertechnologie zu durchbrechen und die Halbleitertechnologie der ersten und zweiten Generation zu ergänzen. Es hat einen wichtigen Anwendungswert in optoelektronischen Geräten, power electronics, Automobilelektronik, Luft- und Raumfahrt, Tiefbohren, und andere Bereiche, und wird eine wichtige Rolle bei der Energieeinsparung und Emissionsreduktion spielen, industrielle Transformation und Modernisierung, und die Entstehung neuer Wachstumspunkte.

With the continuous development of power devices (including LED, LD, IGBT, CPV, etc.), Wärmeableitung ist zu einer Schlüsseltechnologie geworden, die die Leistung und Zuverlässigkeit des Geräts beeinflusst. Für elektronische Geräte, Der typische Temperaturanstieg um 10°C reduziert die Lebensdauer des Gerätes um 30% auf 50%. Daher, Die Auswahl geeigneter Verpackungsmaterialien und -technologien und die Verbesserung der Wärmeableitungsfähigkeit des Geräts werden zum technischen Engpass bei der Entwicklung von Leistungsgeräten. Einnahme Hochleistungs-LED-Verpackung als Beispiel, 70% ~ 80% of the input power is converted to heat (only about 20% ~ 30% is converted to light energy), die LED Chipfläche ist klein, and the device power density is large (more than 100 W/cm2). Daher, Wärmeableitung wird zu einem Schlüsselproblem, das in Hochleistungs-LED-Verpackung. Wenn nicht rechtzeitig Chipfieber Export und Dissipation, Eine Menge Wärme sammelt sich in der LED innen, Chip-Verbindungstemperatur wird allmählich ansteigen, auf der einen Seite, the LED performance (such as lower luminous efficiency, Wellenlänge Rotverschiebung, etc.), auf der anderen Seite, Es erzeugt thermische Spannung innerhalb des LED-Geräts, cause a series of reliability problems (such as service life, Temperaturänderung, etc.).

Das Verpackungssubstrat verwendet hauptsächlich die hohe Wärmeleitfähigkeit des Materials selbst, um die Wärme aus dem Chip (Wärmequelle) zu exportieren und den Wärmeaustausch mit der externen Umgebung zu realisieren. Bei Leistungshalbleiterbauelementen muss das Verpackungssubstrat folgende Anforderungen erfüllen:

(1) Hohe Wärmeleitfähigkeit. Derzeit sind Leistungshalbleiterbauelemente mit thermoelektrischer Trennung verpackt. Der größte Teil der von Geräten erzeugten Wärme wird durch das Verpackungssubstrat übertragen. Das Substrat mit guter Wärmeleitfähigkeit kann den Chip vor thermischen Schäden schützen.

(2) Übereinstimmung mit dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Spanmaterials. Der Power Device Chip selbst kann hohen Temperaturen standhalten, und der Strom, die Umgebung und die Arbeitsbedingungen ändern seine Temperatur. Da der Chip direkt auf dem Verpackungssubstrat montiert ist, kann die Anpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten die thermische Belastung des Chips verringern und die Zuverlässigkeit des Geräts verbessern.

(3) Gute Hitzebeständigkeit, erfüllen die Hochtemperaturgebrauchsanforderungen von Leistungsgeräten, mit guter thermischer Stabilität.

(4) Gute Isolierung, um die Anforderungen der elektrischen Verbindung und Isolierung von Geräten zu erfüllen.

(5) Hohe mechanische Festigkeit, erfüllen die Festigkeitsanforderungen der Geräteverarbeitung, des Verpackens und des Anwendungsprozesses.

(6) Der Preis ist für Massenproduktion und Anwendung geeignet.

Zur Zeit, Die häufig verwendeten elektronischen Verpackungssubstrate können in Polymersubstrate unterteilt werden, metal substrates (metal core circuit board, MCPCB), und keramische Substrate. Für die Verpackung von Kraftgeräten, the packaging substrate not only has the basic wiring (electrical interconnection) function but also requires high thermal conductivity, Hitzebeständigkeit, Isolierung, Stärke, Leistung und Wärmeabgleich. Daher, the use of polymer substrate (such as PCB) and metal substrate (such as MCPCB) is very limited; The ceramic material itself has high thermal conductivity, gute Hitzebeständigkeit, hohe Isolierung, hohe Festigkeit, Wärmeabgleichsleistung des Spanmaterials, ist sehr geeignet für Power Device Hochfrequenz-Keramiksubstrat, ist in der Halbleiterbeleuchtung weit verbreitet, Laser und optische Kommunikation, Luft- und Raumfahrt, Automobilelektronik, Tiefseebohrungen und andere Felder.