Nitruro de aluminio: el material de sustrato más de moda
Desde principios del siglo XXI, con el rápido desarrollo de la tecnología electrónica, el nivel de integración y la densidad de ensamblaje de los componentes electrónicos se han mejorado continuamente, y la disipación de calor se ha convertido en la clave para afectar el rendimiento y la confiabilidad del dispositivo.
El sustrato de empaque se utiliza para exportar calor desde el chip (fuente de calor) para lograr el intercambio de calor con el entorno externo para lograr el propósito de la disipación de calor. Entre ellos, los materiales cerámicos se han convertido en un material común para los sustratos de empaquetado de dispositivos de potencia debido a su alta conductividad térmica, buena resistencia al calor, alto aislamiento, alta resistencia y coincidencia térmica con los materiales del chip.
En la actualidad, la demanda de sustratos de nitruro de aluminio en dispositivos semiconductores de potencia, circuitos de potencia integrados híbridos, antenas en la industria de las comunicaciones, relés sólidos, LED de potencia, empaquetado de múltiples chips (MCM) y otros campos está creciendo. Su mercado terminal es para electrónica automotriz, LED, tránsito ferroviario, estaciones base de comunicaciones, aeroespacial y defensa militar.
1. Antena
La antena puede convertir las ondas guiadas que se propagan en la línea de transmisión en ondas electromagnéticas que se propagan en el espacio libre, o convertir las ondas electromagnéticas en ondas guiadas. Su esencia es un convertidor. Las antenas tienen una amplia gama de usos y necesitan funcionar normalmente en cualquier entorno. Por lo tanto, sus componentes deben ser de alta calidad y extremadamente confiables. Las placas de circuito ordinarias no pueden cumplir con este requisito básico de las antenas. En la actualidad, la placa de circuito basada en cerámica es la que más se acerca a los requisitos de las antenas en todos los aspectos. Entre ellas, las placas de circuito basadas en cerámica de AlN tienen el mejor rendimiento, lo que se refleja principalmente en:
(1) Constante dieléctrica pequeña, que reduce las pérdidas de alta frecuencia y permite la transmisión completa de la señal.
(2) Capa de película metálica con baja resistencia y buena adherencia. La capa de metal tiene buena conductividad y genera menos calor cuando pasa la corriente.
(3) Las placas de circuito basadas en cerámica tienen un buen aislamiento. Las antenas generan alto voltaje durante el uso y los sustratos cerámicos tienen un alto voltaje de ruptura.
(4) Es posible el empaquetado de alta densidad.
2. Módulo multichip (MCM)
El módulo multichip es un componente microelectrónico avanzado miniaturizado, de alto rendimiento y alta confiabilidad que puede cumplir con los estrictos requisitos de la industria aeroespacial, los equipos electrónicos militares, etc. Con el aumento de la potencia de los componentes y el aumento de la densidad de empaquetado, la buena disipación del calor es la tecnología clave a considerar. Los materiales de sustrato de empaquetado de tipo MCM-C generalmente adoptan una estructura de cerámica multicapa.
3. Empaquetado de semiconductores de alta temperatura
Los dispositivos de material semiconductor de banda ancha basados en diamante, SiC y GaN pueden funcionar a altas temperaturas, especialmente el SiC tiene la tecnología de aplicación más madura; el SiC puede funcionar de manera estable a una temperatura alta de 600 °C con sus excelentes propiedades físicas y químicas, y juega un papel extremadamente importante en los sistemas electrónicos de alta temperatura en el campo aeroespacial.
4. Módulo semiconductor de potencia
El módulo semiconductor de potencia es una combinación de componentes electrónicos de potencia empaquetados en uno de acuerdo con un patrón y una combinación funcional determinados. El módulo semiconductor de potencia puede seleccionar los componentes apropiados para el empaquetado de acuerdo con las funciones requeridas. Los más comunes son los transistores bipolares de puerta aislada, los transistores de efecto de campo de semiconductores de óxido metálico de potencia y los circuitos integrados de potencia. Los módulos semiconductores de potencia tienen requisitos de disipación de calor muy altos. Las placas de circuitos de cerámica son uno de sus principales componentes centrales y el primer punto de contacto del calor.
5. Empaquetado de LED de potencia
El LED es un chip semiconductor que convierte la electricidad en luz. La investigación científica muestra que solo el 20%-30% de la energía eléctrica se convierte de manera efectiva en energía luminosa y el resto se pierde en forma de calor. Si no hay una forma adecuada de disipar rápidamente el calor, la temperatura de funcionamiento de la lámpara aumentará bruscamente, lo que resultará en un acortamiento significativo de la vida útil del LED.
Con la actualización continua de la tecnología de la industria de la información electrónica, la miniaturización y la integración funcional de los sustratos de PCB se han convertido en una tendencia. Los requisitos del mercado para la disipación de calor y la resistencia a altas temperaturas de los sustratos de disipación de calor y los materiales de empaque están aumentando constantemente. Es difícil que los materiales de sustrato ordinarios con un rendimiento relativamente alto satisfagan la demanda del mercado. El desarrollo de la industria de sustratos cerámicos de nitruro de aluminio ha generado oportunidades. Por lo tanto, el nitruro de aluminio se ha convertido en el material de sustrato para envases más popular en la actualidad.