Avec l'avènement de la révolution des technologies de l'information, l'industrie des circuits intégrés s'est rapidement développée. La densité d'intégration croissante des systèmes électroniques entraîne une augmentation de la densité de puissance et une production de chaleur accrue des composants électroniques et du système dans son ensemble. Par conséquent, un packaging électronique efficace doit répondre aux problèmes de dissipation thermique des systèmes électroniques.
Dans ce contexte, les substrats céramiques, avec leurs excellentes performances de dissipation thermique, ont connu une forte demande sur le marché. En particulier pour substrats céramiques en nitrure d'aluminium (AlN)Malgré leur prix nettement supérieur à celui des autres substrats, ils restent rares, au point d'être « difficiles à trouver ». Pourquoi ?
Les raisons sont simples. L'auteur estime qu'il y a trois points principaux :①Des performances supérieures, un prix qui vaut la peine②Un processus de production difficile③Croissance rapide du marché.
Aujourd'hui, nous allons approfondir ces trois aspects pour mieux comprendre Substrats céramiques AlN.
01 Conductivité thermique exceptionnelle
D'abord, substrats d'emballage en céramique Les substrats de conditionnement des semi-conducteurs de puissance doivent répondre aux exigences suivantes :
Conductivité thermique élevée pour répondre aux besoins de dissipation thermique.
Excellente résistance à la chaleur pour supporter des applications à haute température (supérieures à 200°C).
Coefficient de dilatation thermique (CTE) adapté aux matériaux de la puce pour réduire les contraintes thermiques dans l'emballage.
Faible constante diélectrique pour des performances haute fréquence, réduisant le délai de transmission du signal et améliorant la vitesse.
Haute résistance mécanique pour répondre aux exigences de performances mécaniques lors du conditionnement et de l'application.
Bonne résistance à la corrosion pour résister aux acides forts, aux alcalis, à l'eau bouillante, aux solvants organiques, etc.
Structure définie pour répondre aux exigences d'étanchéité hermétique des appareils électroniques.
Alors, comment se comporte le nitrure d'aluminium ? matériau de substrat en céramique, pièces en céramique AlN Ils présentent une conductivité thermique élevée, une résistance mécanique élevée, une résistivité élevée, une faible densité, une faible constante diélectrique, une absence de toxicité et un coefficient de dilatation thermique (CTE) correspondant à celui du silicium. Ces propriétés en font l'un des matériaux les plus prometteurs. matériaux céramiques haute température.
02 Processus de production complexe et fastidieux
La production de substrats céramiques en AlN est extrêmement complexe et fastidieuse, ce qui se reflète principalement dans deux aspects : la préparation de poudre d'AlN haut de gamme et la fabrication des substrats.’explorons ces deux domaines séparément.
1. Poudre de nitrure d'aluminium
La qualité de presque tous produits céramiques industriels est fortement influencée par la qualité de la matière première, et les substrats en céramique AlN ne font pas exception.
(1) Méthodes de préparation de la poudre
En tant que matériau en poudre haute performance, les chercheurs du monde entier continuent d'innover pour relever les défis techniques des procédés existants tout en explorant de nouvelles méthodes de préparation plus efficaces. Actuellement, les méthodes industrielles les plus utilisées sont la réduction carbothermique et la nitruration directe, qui sont matures, simples et produisent des produits de haute qualité.
(2) Plusieurs facteurs affectent les performances de la poudre
Les performances des produits céramiques AlN dépendent directement des caractéristiques de la poudre brute, en particulier de sa propriété la plus précieuse—Conductivité thermique. Les principaux facteurs influençant la conductivité thermique comprennent :teneur en oxygène et autres impuretésdensité intercalaire, mmicrostructure.Ces facteurs se reflètent dans la poudre d'AlN’s pureté, taille des particules et forme.
(3) Sensibilité à l'hydrolyse et nécessité de modification
Malgré ses excellentes propriétés, la poudre d'AlN présente un inconvénient majeur : elle est très sujette à l'hydrolyse. En milieu humide, elle réagit facilement avec les groupes hydroxyles de l'eau pour former de l'hydroxyde d'aluminium, créant ainsi une couche d'alumine à la surface. Cette couche dissout l'oxygène dans le réseau, réduisant ainsi la conductivité thermique et altérant les propriétés physicochimiques, ce qui complique son application.
La solution actuelle consiste à enduire le aparticules de nitrure d'aluminium avec une substance qui les isole de l'eau, empêchant ainsi l'hydrolyse. Les méthodes permettant d'inhiber l'hydrolyse comprennent :modification chimique de surface,srevêtement physique de surface.
2. Fabrication du substrat
(1) Formation de substrats en céramique
La principale méthode de préparation des substrats céramiques AlN est le moulage en bande.
(2) Étape critique—Frittage
Le frittage est une étape cruciale dans la préparation du substrat AlN.Le frittage sans pression est le plus courant pour les substrats AlN en raison de sa simplicité et de son faible coût, mais il nécessite généralement des températures élevées et des auxiliaires de frittage pour obtenir des performances élevées.
L'uniformité de la température de frittage dans le four a un impact significatif sur les céramiques en AIN. La recherche sur l'uniformité de la température favorise la production de masse, la réduction des coûts et la commercialisation.
Pour le frittage de céramique dense, l’ajout d’auxiliaires de frittage est la méthode la plus économique et la plus efficace.Ces matériaux servent à deux fins lors du frittage :
Ils réagissent avec l'aluminium de surface₂O₃ pour former des aluminates liquides, favorisant le transfert de masse par écoulement visqueux. Cela ajuste les angles de contact des particules, remplit les pores et améliore la densification.Ils réagissent avec l’oxygène, réduisant la teneur en oxygène du réseau.
Dans les atmosphères réductrices, le temps et la température de frittage doivent être soigneusement contrôlés pour éviter la réduction de l'AlN. Atmosphères neutres (par exemple, N₂) évitent ce problème, ce qui les rend préférables pour la production de céramiques AlN hautes performances.
À propos de Xiamen Technologie Juci Cie., Ltd.
Xiamen Juci Technology Co., Ltd. est une entreprise de haute technologie spécialisée dans la recherche, le développement, la production et la commercialisation de matériaux céramiques hautes performances. Leader Fabricant de substrats AlNL'entreprise s'engage à fournir des produits et solutions en nitrure d'aluminium de haute qualité pour des secteurs tels que l'électronique, les semi-conducteurs et l'aérospatiale. Grâce à une qualité et un service exceptionnels, Xiamen Juci a gagné la confiance de ses clients du monde entier.
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