Dans l'industrie électronique d'aujourd'hui en évolution rapide, les matériaux de substrat céramique constituent une base clé pour prendre en charge les appareils électroniques hautes performances, leurs performances et leurs caractéristiques affectent directement les performances globales et la fiabilité des produits électroniques. Depuis les premières céramiques d'alumine jusqu'au nitrure d'aluminium, au nitrure de silicium et à d'autres nouveaux matériaux, le développement de matériaux de substrat céramique a été témoin du progrès et de l'innovation continus de la science et de la technologie. Cet article vous amènera à explorer les avantages uniques et les perspectives d'application de ces matériaux de substrat céramique, en particulier comment les céramiques de nitrure d'aluminium et de nitrure de silicium se distinguent dans la solution de dissipation thermique des dispositifs haute puissance et d'environnement de dissipation thermique haute intensité avec leurs excellentes performances. , et devenir un matériau important indispensable dans l'industrie électronique moderne.
Substrat d'alumine, en tant que pionnier du substrat céramique, a été développé avec succès par Siemens en Allemagne depuis 1929 et est entré dans la production industrielle en 1933, avec son prix bas, son excellente stabilité, sa bonne isolation et ses propriétés mécaniques, a longtemps occupé une position dominante dans une large gamme de candidatures. Cependant, sa conductivité thermique et son coefficient de dilatation thermique relativement faibles, qui ne correspondent pas à ceux du Si, limitent son développement ultérieur dans les produits électroniques de haute puissance, et il est principalement utilisé dans le domaine du conditionnement de circuits basse tension et à faible intégration.
Par la suite, bien que les substrats BeO se distinguaient par leur conductivité thermique élevée, le problème de toxicité est devenu un obstacle insurmontable, qui a non seulement été interdit au Japon, mais aussi sévèrement restreint en Europe, entravant considérablement sa large application. .
En revanche, bien que le monocristal de SiC ait une conductivité thermique étonnante, la conductivité thermique des céramiques SiC polycristallines diminue considérablement en raison de la différence d'orientation des grains, associée à de mauvaises performances d'isolation et à une perte diélectrique élevée, ce qui fait progresser la recherche dans le domaine de les matériaux des circuits imprimés sont lents.
Dans ce contexte, les céramiques de nitrure d'aluminium et de nitrure de silicium émergent progressivement avec leurs avantages de performances uniques. Substrat en nitrure d'aluminium avec son excellente conductivité thermique élevée (valeur théorique jusqu'à 320 W/(m·K), la conductivité thermique des produits commerciaux est également comprise entre 180 W/ (m·K) ~ 260 W/ (m·K) ) est devenu un matériau clé pour résoudre le problème de dissipation thermique des appareils de haute puissance et, depuis les années 1980, sous la promotion des pays développés, notamment du Japon, il s'est rapidement développé pour devenir une nouvelle génération de matériaux d'emballage en céramique avancés. Sa haute résistance mécanique et sa stabilité chimique garantissent un fonctionnement stable dans des environnements difficiles.
Substrats en nitrure de silicium, après avoir connu le stade précoce d'une conductivité thermique sous-estimée, grâce à la recherche scientifique et à l'optimisation des processus, sa conductivité thermique a été considérablement améliorée, dépassant 177 W/ (m·K), tout en maintenant un très faible coefficient de dilatation thermique (3,2 × 10− 6/â), devenant l'un des meilleurs matériaux de substrat céramique avec des performances complètes. Son excellente résistance à la flexion et à l'usure montre une compétitivité extraordinaire dans un environnement de dissipation thermique à haute intensité.
En résumé, les céramiques de nitrure d'aluminium sont le meilleur choix pour la dissipation thermique des appareils haute puissance en raison de leur conductivité thermique élevée et de leur coefficient de dilatation thermique correspondant aux matériaux semi-conducteurs. Les céramiques de nitrure de silicium, avec leurs avantages complets en termes de performances, ouvrent la voie dans les environnements thermiques exigeants. Ensemble, les deux conduisent les matériaux de substrat céramique à des performances plus élevées et à une gamme d'applications plus large.
