Nhôm Nitride – vật liệu nền thời trang nhất
Từ đầu thế kỷ 21, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điện tử, mức độ tích hợp và mật độ lắp ráp của các linh kiện điện tử đã liên tục được cải thiện và tản nhiệt đã trở thành chìa khóa ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của thiết bị.
Chất nền đóng gói được sử dụng để truyền nhiệt từ chip (nguồn nhiệt) để đạt được trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài để đạt được mục đích tản nhiệt. Trong số đó, vật liệu gốm đã trở thành vật liệu phổ biến cho chất nền đóng gói thiết bị điện do độ dẫn nhiệt cao, khả năng chịu nhiệt tốt, cách điện cao, độ bền cao và phù hợp nhiệt với vật liệu chip.
Hiện nay, nhu cầu về chất nền nhôm nitride trong các thiết bị bán dẫn điện, mạch điện tích hợp lai, ăng ten trong ngành truyền thông, rơ le rắn, đèn LED công suất, đóng gói đa chip (MCM) và các lĩnh vực khác đang tăng lên. Thị trường đầu cuối của nó là điện tử ô tô, đèn LED, vận tải đường sắt, trạm gốc truyền thông, hàng không vũ trụ và quốc phòng quân sự.
1. Ăng ten
Ăng ten có thể chuyển đổi sóng dẫn truyền trên đường truyền thành sóng điện từ truyền trong không gian tự do hoặc chuyển đổi sóng điện từ thành sóng dẫn. Bản chất của nó là một bộ chuyển đổi. Anten có nhiều công dụng và cần hoạt động bình thường trong mọi môi trường. Do đó, các thành phần của chúng cần có chất lượng cao và cực kỳ đáng tin cậy. Các bo mạch thông thường không thể đáp ứng được yêu cầu cơ bản này của anten. Hiện tại, bo mạch gốc gốm là gần nhất với các yêu cầu của anten về mọi mặt. Trong số đó, bo mạch gốc gốm AlN có hiệu suất tốt nhất, chủ yếu thể hiện ở:
(1) Hằng số điện môi nhỏ, giúp giảm tổn thất tần số cao và cho phép truyền tín hiệu hoàn toàn.
(2) Lớp màng kim loại có điện trở thấp và độ bám dính tốt. Lớp kim loại có độ dẫn điện tốt và tỏa ít nhiệt hơn khi dòng điện chạy qua.
(3) Bo mạch gốc gốm có khả năng cách điện tốt. Anten tạo ra điện áp cao trong quá trình sử dụng và các chất nền gốm có điện áp đánh thủng cao.
(4) Có thể đóng gói mật độ cao.
2. Mô-đun đa chip (MCM)
Mô-đun đa chip là linh kiện vi điện tử tiên tiến hiệu suất cao, độ tin cậy cao và thu nhỏ có thể đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của thiết bị điện tử hàng không vũ trụ, quân sự, v.v. Với sự gia tăng công suất linh kiện và tăng mật độ đóng gói, tản nhiệt tốt là công nghệ chính cần được xem xét. Vật liệu nền đóng gói loại MCM-C thường sử dụng cấu trúc gốm nhiều lớp.
3. Đóng gói bán dẫn nhiệt độ cao
Các thiết bị vật liệu bán dẫn băng rộng dựa trên SiC, GaN và kim cương có thể hoạt động ở nhiệt độ cao, đặc biệt SiC có công nghệ ứng dụng trưởng thành nhất; SiC có thể hoạt động ổn định ở nhiệt độ cao 600°C với các đặc tính vật lý và hóa học tuyệt vời, đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong các hệ thống điện tử nhiệt độ cao trong lĩnh vực hàng không vũ trụ.
4. Mô-đun bán dẫn công suất
Mô-đun bán dẫn công suất là sự kết hợp của các linh kiện điện tử công suất được đóng gói thành một theo một kiểu mẫu và sự kết hợp chức năng nhất định. Mô-đun bán dẫn công suất có thể lựa chọn các linh kiện phù hợp để đóng gói theo các chức năng cần thiết. Các loại phổ biến là bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện, bóng bán dẫn hiệu ứng trường kim loại oxit công suất và mạch tích hợp công suất. Các mô-đun bán dẫn công suất có yêu cầu tản nhiệt rất cao. Bảng mạch gốm là một trong những thành phần cốt lõi chính của chúng và là điểm tiếp xúc nhiệt đầu tiên.
5. Bao bì LED công suất
LED là chip bán dẫn chuyển đổi điện thành ánh sáng. Nghiên cứu khoa học cho thấy chỉ có 20%-30% năng lượng điện được chuyển đổi hiệu quả thành năng lượng ánh sáng và phần còn lại bị mất dưới dạng nhiệt. Nếu không có cách thích hợp để tản nhiệt nhanh chóng, nhiệt độ hoạt động của đèn sẽ tăng mạnh, dẫn đến tuổi thọ của đèn LED giảm đáng kể.
Với sự nâng cấp liên tục của công nghệ ngành thông tin điện tử, việc thu nhỏ và tích hợp chức năng của chất nền PCB đã trở thành xu hướng. Yêu cầu của thị trường về tản nhiệt và khả năng chịu nhiệt độ cao của chất nền tản nhiệt và vật liệu đóng gói không ngừng tăng lên. Rất khó để các vật liệu chất nền thông thường có hiệu suất tương đối cao đáp ứng được nhu cầu của thị trường. Sự phát triển của ngành công nghiệp chất nền gốm nhôm nitride đã mở ra nhiều cơ hội. Do đó, nhôm nitride đã trở thành vật liệu chất nền đóng gói phổ biến nhất hiện nay.