Nitrure d’aluminium – le matériau de substrat le plus à la mode
Depuis le début du 21e siècle, avec le développement rapide de la technologie électronique, le niveau d’intégration et la densité d’assemblage des composants électroniques ont été continuellement améliorés, et la dissipation thermique est devenue la clé pour affecter les performances et la fiabilité des appareils.
Le substrat d’emballage est utilisé pour exporter la chaleur de la puce (source de chaleur) pour réaliser un échange de chaleur avec l’environnement extérieur afin d’atteindre l’objectif de dissipation thermique. Parmi eux, les matériaux céramiques sont devenus un matériau courant pour les substrats d’emballage des dispositifs de puissance en raison de leur conductivité thermique élevée, de leur bonne résistance à la chaleur, de leur isolation élevée, de leur résistance élevée et de leur correspondance thermique avec les matériaux des puces.
À l’heure actuelle, la demande de substrats en nitrure d’aluminium dans les dispositifs semi-conducteurs de puissance, les circuits de puissance intégrés hybrides, les antennes dans l’industrie des communications, les relais solides, les LED de puissance, les emballages multipuces (MCM) et d’autres domaines est en croissance. Son marché terminal est celui de l’électronique automobile, des LED, du transport ferroviaire, des stations de base de communication, de l’aérospatiale et de la défense militaire.
1. Antenne
L’antenne peut convertir les ondes guidées se propageant sur la ligne de transmission en ondes électromagnétiques se propageant dans l’espace libre, ou convertir les ondes électromagnétiques en ondes guidées. Son essence est un convertisseur. Les antennes ont une large gamme d’utilisations et doivent fonctionner normalement dans n’importe quel environnement. Par conséquent, leurs composants doivent être de haute qualité et extrêmement fiables. Les circuits imprimés ordinaires ne peuvent pas répondre à cette exigence de base des antennes. À l’heure actuelle, le circuit imprimé à base de céramique est le plus proche des exigences des antennes à tous égards. Parmi eux, les circuits imprimés à base de céramique AlN ont les meilleures performances, ce qui se reflète principalement dans :
(1) Faible constante diélectrique, qui réduit les pertes à haute fréquence et permet une transmission complète du signal.
(2) Couche de film métallique à faible résistance et bonne adhérence. La couche métallique a une bonne conductivité et génère moins de chaleur lorsque le courant passe à travers.
(3) Les circuits imprimés à base de céramique ont une bonne isolation. Les antennes génèrent une tension élevée pendant l’utilisation et les substrats en céramique ont une tension de claquage élevée.
(4) Un conditionnement haute densité est possible.
2. Module multipuce (MCM)
Le module multipuce est un composant microélectronique avancé miniaturisé à hautes performances et haute fiabilité qui peut répondre aux exigences strictes de l’aérospatiale, des équipements électroniques militaires, etc. Avec l’augmentation de la puissance des composants et l’augmentation de la densité d’emballage, une bonne dissipation thermique est la technologie clé à prendre en compte. Les matériaux de substrat d’emballage de type MCM-C adoptent généralement une structure céramique multicouche.
3. Emballage de semi-conducteurs à haute température
Les dispositifs à semi-conducteurs à large bande interdite à base de SiC, GaN et de diamant peuvent fonctionner à des températures élevées, en particulier le SiC possède la technologie d’application la plus mature ; le SiC peut fonctionner de manière stable à une température élevée de 600 °C avec ses excellentes propriétés physiques et chimiques, et joue un rôle extrêmement important dans les systèmes électroniques à haute température dans le domaine aérospatial.
4. Module semi-conducteur de puissance
Le module semi-conducteur de puissance est une combinaison de composants électroniques de puissance conditionnés en un seul selon un certain modèle et une certaine combinaison fonctionnelle. Le module semi-conducteur de puissance peut sélectionner les composants appropriés pour l’emballage en fonction des fonctions requises. Les plus courants sont les transistors bipolaires à grille isolée, les transistors à effet de champ à semi-conducteurs à oxyde métallique de puissance et les circuits intégrés de puissance. Les modules semi-conducteurs de puissance ont des exigences de dissipation thermique très élevées. Les circuits imprimés en céramique sont l’un de leurs principaux composants de base et le premier point de contact de la chaleur.
5. Emballage de LED de puissance
La LED est une puce semi-conductrice qui convertit l’électricité en lumière. Les recherches scientifiques montrent que seulement 20 à 30 % de l’énergie électrique est effectivement convertie en énergie lumineuse, et le reste est perdu sous forme de chaleur. S’il n’existe pas de moyen approprié de dissiper rapidement la chaleur, la température de fonctionnement de la lampe augmentera fortement, ce qui entraînera un raccourcissement significatif de la durée de vie de la LED.
Avec la mise à niveau continue de la technologie de l’industrie de l’information électronique, la miniaturisation et l’intégration fonctionnelle des substrats PCB sont devenues une tendance. Les exigences du marché en matière de dissipation thermique et de résistance à haute température des substrats de dissipation thermique et des matériaux d’emballage augmentent constamment. Il est difficile pour les matériaux de substrat ordinaires ayant des performances relativement élevées de répondre à la demande du marché. Le développement de l’industrie des substrats en céramique au nitrure d’aluminium a ouvert des opportunités. Par conséquent, le nitrure d’aluminium est devenu le matériau de substrat d’emballage le plus populaire à l’heure actuelle.