Teknologi Microwave - Substrate Keramik Frekuensi Tinggi untuk pakej elektronik

Substrate Keramik Frekuensi Tinggi (juga dikenali sebagai papan sirkuit keramik) mempunyai ciri-ciri konduktiviti panas tinggi, resistensi panas yang baik, koeficien pengembangan panas rendah, kuasa mekanik tinggi, insulasi yang baik, resistensi korrosion, resistensi radiasi, dan sebagainya, dan telah digunakan secara luas dalam pakej peranti elektronik.

Generasi pertama semikonduktor, mewakili oleh bahan silikon (Si) dan germanium (Ge), terutama dilaksanakan dalam medan operasi data, yang meletakkan dasar industri mikroelektronik. Semi-konduktor generasi kedua, mewakili oleh GaAs dan InP, terutama digunakan dalam medan komunikasi dan digunakan untuk membuat mikrogelombang, milimeter, dan peranti yang mengeluarkan cahaya, meletakkan dasar industri maklumat. Dengan pembangunan teknologi dan sambungan terus-menerus keperluan aplikasi, batasan kedua-dua secara perlahan-lahan dicampur, dan sukar untuk memenuhi keperluan frekuensi tinggi, suhu tinggi, kuasa tinggi, efisiensi tenaga tinggi, perlahan persekitaran yang kasar, dan miniaturisasi ringan.

Material setengah konduktor generasi ketiga yang diwakili oleh karbid silikon (SiC) dan nitrid gallium (GaN) mempunyai ciri-ciri ruang band yang besar, tenaga kritikal pencerahan tinggi, konduktiviti panas tinggi, kelajuan drift ketepuan carrier tinggi, dan sebagainya. Peranti elektronik yang dibuat oleh mereka boleh bekerja stabil pada 300°C atau suhu yang lebih tinggi (juga dikenali sebagai setengah konduktor kuasa atau setengah konduktor suhu tinggi). Ia adalah "inti" sumber cahaya keadaan-kuat (seperti LED), laser (LD), elektronik kuasa (seperti IGBT), fotovoltaik fokus (CPV), frekuensi radio gelombang mikro (RF), dan peranti lain. Ia mempunyai prospek aplikasi luas dalam pencahayaan semikonduktor, elektronik kenderaan, generasi baru komunikasi bimbit (5G), tenaga baru dan kenderaan tenaga baru, transit kereta api kelajuan tinggi, elektronik konsumen, dan medan lain. Ia dijangka untuk menghancurkan teknologi setengah konduktor tradisional dan menyempurnakan teknologi setengah konduktor generasi pertama dan kedua. Ia mempunyai nilai aplikasi penting dalam peranti optoelektronik, elektronik kuasa, elektronik kenderaan, aerospace, pengeboran yang baik dalam, dan bidang lain, dan akan bermain peran penting dalam konservasi tenaga dan pengurangan emisi, perubahan industri dan penataran, dan kelahiran titik pertumbuhan ekonomi baru.

Dengan pembangunan terus menerus peranti kuasa (termasuk LED, LD, IGBT, CPV, dll.), penyebaran panas telah menjadi teknologi kunci yang mempengaruhi prestasi dan kepercayaan peranti. Untuk peranti elektronik, peningkatan suhu 10°C biasa mengurangkan kehidupan peranti dengan 30% hingga 50%. Oleh itu, pemilihan bahan pakej yang sesuai dan teknologi dan peningkatan kemampuan penyebaran panas peranti menjadi pengendalian teknikal pembangunan peranti kuasa. Mengambil pakej LED kuasa tinggi sebagai contoh, 70% ~ 80% kuasa input diubah ke panas (sekitar 20% ~ 30% diubah ke tenaga cahaya), kawasan cip LED kecil, dan densiti kuasa peranti besar (lebih dari 100 W/cm2). Oleh itu, penyebaran panas menjadi masalah kunci untuk diselesaikan dalam pakej LED kuasa tinggi. Jika bukan eksport dan penyebaran demam cip tepat masa, banyak panas akan berkumpul dalam LED di dalam, suhu persatuan cip akan meningkat secara perlahan-lahan, pada satu sisi, prestasi LED (seperti efisiensi cahaya lebih rendah, panjang gelombang redshift, dll.), pada sisi lain, ia akan menghasilkan tekanan panas di dalam peranti LED, - menyebabkan serangkaian masalah kepercayaan (seperti kehidupan perkhidmatan, perubahan suhu, dll.).

Substrat pakej terutamanya menggunakan konduktiviti panas tinggi bahan itu sendiri untuk mengeksport panas dari cip (sumber panas) dan menyedari pertukaran panas dengan persekitaran luar. Untuk peranti setengah konduktor kuasa, substrat pakej mesti memenuhi keperluan berikut:

(1) konduktiviti panas tinggi. Pada masa ini, peranti setengah konduktor kuasa dikemas dengan pemisahan termoelektrik. Kebanyakan panas yang dijana oleh peranti dihantar melalui substrat pakej. Substrat dengan konduktiviti panas yang baik boleh mencegah cip daripada kerosakan panas.

(2) Berpadan dengan koeficien pengembangan panas bahan cip. Chip peranti kuasa sendiri boleh bertahan suhu tinggi, dan semasa, persekitaran, dan keadaan kerja akan mengubah suhu. Kerana cip diletak secara langsung pada substrat pakej, persamaan koeficien pengembangan panas boleh mengurangkan tekanan panas cip dan meningkatkan kepercayaan peranti.

(3) Keperlawanan panas yang baik, memenuhi keperluan penggunaan suhu tinggi peranti kuasa, dengan kestabilan panas yang baik.

(4) Isolasi yang baik, untuk memenuhi keperluan sambungan elektrik dan pengisihan peranti.

(5) Kekuatan mekanik tinggi, memenuhi keperluan kekuatan pemprosesan peranti, pakej, dan proses aplikasi.

(6) Harganya sesuai untuk produksi dan aplikasi massa.

Pada masa ini, substrat pakej elektronik yang biasanya digunakan boleh dibahagi menjadi substrat polimer, substrat logam (papan sirkuit utama logam, MCPCB), dan substrat keramik. Untuk pakej peranti kuasa, substrat pakej tidak hanya mempunyai fungsi wayar asas (sambungan elektrik) tetapi juga memerlukan konduktiviti panas tinggi, resistensi panas, izolasi, kekuatan, dan prestasi yang sepadan panas. Oleh itu, penggunaan substrat polimer (seperti PCB) dan substrat logam (seperti MCPCB) sangat terbatas; Bahan keramik sendiri mempunyai konduktiviti panas tinggi, resistensi panas yang baik, izolasi tinggi, kuasa tinggi, dan prestasi pemadaman panas bahan cip, sangat sesuai untuk alat kuasa substrat keramik frekuensi tinggi, telah digunakan secara luas dalam pencahayaan semikonduktor, komunikasi laser dan optik, aerospace, elektronik automotive, pengeboran laut dalam dan medan lain.