AlN-Keramiksubstrat für Dünnschichtschaltungen: Die ultimative Hochfrequenz- und Hochleistungsplattform
Das AlN-Keramiksubstrat (Aluminiumnitrid) von Puwei Ceramic wurde als erstklassige Grundlage für fortschrittliche Dünnschichtschaltungen entwickelt, die eine beispiellose thermische und elektrische Leistung erfordern. Dieses Substrat kombiniert eine ultraglatte Oberfläche (Ra ≤ 0,1 µm) mit außergewöhnlicher Wärmeleitfähigkeit (≥175–200 W/m·K) und wurde speziell für die Mikroelektronik der nächsten Generation, HF-Schaltkreise und hochdichte integrierte Schaltkreisgehäuse entwickelt. Es stellt die optimale Wahl dar, wenn Signalintegrität, Wärmeableitung und Miniaturisierung entscheidend sind.
Warum AlN das überlegene Substrat für Präzisions-Dünnschichtschaltungen ist
- Unübertroffene Oberflächenqualität für dünne Schichten: Die hochglanzpolierte Oberflächenbeschaffenheit (Ra so niedrig wie 0,1 µm) sorgt für eine atomar glatte Grundlage und sorgt für eine gleichmäßige Dünnschichtabscheidung (Sputtern, Verdampfen), präzise Fotolithografie und ermöglicht die Herstellung feiner Schaltkreise, die für Hochfrequenzmodule und Mikrowellenkomponenten unerlässlich sind.
- Außergewöhnliches Wärmemanagement (5-8x besser als Aluminiumoxid): Hohe Wärmeleitfähigkeit (≥175-200 W/m·K) leitet Wärme aktiv von leistungsdichten Dünnfilmbahnen und aktiven Geräten ab, verhindert Leistungsabweichungen und ermöglicht eine höhere Leistungsdichte in kompakten Leistungsgeräten und Lasersystemen.
- Optimale elektrische Eigenschaften für Hochgeschwindigkeitssignale: Niedrige Dielektrizitätskonstante (8,5–9,0) und niedriger Verlustfaktor minimieren Signalverzögerung und Dämpfung bei GHz-Frequenzen. Der hohe Volumenwiderstand (>10¹⁴ Ω·cm) und die Durchschlagsfestigkeit (15–25 kV/mm) sorgen für eine zuverlässige Isolierung und machen es zu einem wichtigen Isolationselement in komplexen Baugruppen.
- Perfekte CTE-Übereinstimmung für Halbleiter: Der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE ~4,5 ppm/°C) entspricht weitgehend dem von Silizium (Si) und Galliumarsenid (GaAs), minimiert die thermomechanische Belastung auf abgeschiedenen Filmen und gebondeten Chips und erhöht dadurch die Zuverlässigkeit bei Mikroelektronik- und Sensorverpackungen .
- Vollständige Kompatibilität mit dem Metallisierungsprozess: Die makellose AlN-Oberfläche ist mit allen wichtigen Metallisierungstechniken kompatibel – einschließlich Dünnschicht- (Sputtern), direkt beschichtetem Kupfer (DPC) und Dickschichtdruck – und bietet maximale Designflexibilität für Ihre spezifischen Dünnschicht- Hybrid-Mikroschaltungen oder Dickschicht-Hybrid-Mikroschaltungen .
Technische Spezifikationen und Substrateigenschaften
Unsere AlN-Substrate werden nach anspruchsvollen Standards hergestellt und bieten konsistente, zuverlässige Eigenschaften für Ihren Dünnschichtherstellungsprozess.
Material- und elektrische Eigenschaften
- Primärmaterial: Keramik aus hochreinem Aluminiumnitrid (AlN).
- Wärmeleitfähigkeit: Standardqualität: ≥175 W/(m·K) | Hohe Leistung: ≥200 W/(m·K)
- Dielektrizitätskonstante (εr): 8,5 – 9,0 bei 1 MHz
- Tangens des dielektrischen Verlusts (tan δ): 0,001 – 0,005 bei 1 MHz
- Durchgangswiderstand: > 10¹⁴ Ω·cm bei 25°C
- Spannungsfestigkeit: 15 – 25 kV/mm
Oberflächen- und mechanische Eigenschaften
- Oberflächenrauheit (Ra): Standardpolitur: ≤ 0,4 µm | Super Polish: ≤ 0,1 µm (für dünne Schicht)
- Ebenheit: ≤ 10 µm pro Zoll (25,4 mm) – entscheidend für die Fotolithographie
- Biegefestigkeit (3-Punkt-Biegung): 300 – 400 MPa
- Elastizitätsmodul: 310 – 330 GPa
- Vickershärte: 1200 – 1400 HV
- Dichte: ≥ 3,28 g/cm³
Standardabmessungen und Toleranzen
- Dickenbereich: 0,10 mm – 2,00 mm
- Übliche Dicken: 0,25 mm, 0,38 mm, 0,50 mm, 0,63 mm, 1,00 mm
- Maximale Panelgröße: Bis zu 240 mm × 280 mm
- Dickentoleranz: Typischerweise ±0,02 mm bis ±0,05 mm
AlN vs. Al2O3: Auswahl des richtigen Substrats für Dünnfilme
Für anspruchsvolle Dünnschichtanwendungen bietet AlN entscheidende Vorteile gegenüber dem häufigeren Aluminiumoxid-Keramiksubstrat (Al2O3) :
- Wärmeleistung: AlN (≥175 W/m·K) leitet Wärme 5–8-mal besser als standardmäßiges 96 %iges Al2O3 (~24 W/m·K), was für die Kühlung mikroelektronischer Hochleistungskomponenten von entscheidender Bedeutung ist.
- CTE-Anpassung: Der CTE von AlN (~4,5 ppm/°C) passt nahezu perfekt zu Silizium und reduziert die Spannung in Dünnschichtstrukturen und auf gebondeten Chips im Vergleich zu Al2O3 (~6,8 ppm/°C).
- Hochfrequenzleistung: Obwohl beide gute Isolatoren sind, kann die niedrigere Dielektrizitätskonstante von AlN leichte Vorteile bei der Reduzierung der kapazitiven Belastung und der Signalausbreitungsverzögerung in Hochgeschwindigkeits- Mikrowellenanwendungen bieten.
- Geeignete Anwendung: Wählen Sie Al2O3 für kostenempfindliche, stromsparende oder dickschichtige gedruckte Schaltungen . Wählen Sie AlN, wenn die Maximierung der thermischen Leistung, des Hochfrequenzverhaltens oder der Zuverlässigkeit bei Halbleiterchips von größter Bedeutung ist.
Gezielte Anwendungsszenarien
1. HF- und Mikrowellen-/Millimeterwellenschaltungen
Das Substrat der Wahl für Dünnschicht- Mikrowellenkomponenten : HF-Leistungsverstärker (GaN, GaAs), rauscharme Verstärker (LNAs), Filter und Antenna-in-Package-Lösungen (AiP) für 5G/6G, Radar und Satellitenkommunikation. Die glatte Oberfläche und die stabilen elektrischen Eigenschaften sind entscheidend für eine konsistente Impedanzkontrolle und geringe Verluste bei hohen Frequenzen.
2. Leistungselektronik und Module mit hoher Dichte
Wird als Basissubstrat für metallisierte Dünnschicht-Leistungsmodule verwendet (z. B. im DPC-Verfahren). Ideal für integrierte Leistungsstufen, DC-DC-Wandler und Treiber, bei denen die hervorragende Wärmeverteilung von AlN die thermische Belastung von Leistungsgeräten wie GaN-HEMTs oder SiC-MOSFETs auf kompakter Grundfläche bewältigt.
3. Fortgeschrittene Photonik und Optoelektronik
Bietet eine thermisch stabile und elektrisch isolierende Plattform für Dünnschichtschaltungen in Laserdiodentreibern, Hochgeschwindigkeits-Fotodetektoren und integrierten optischen Modulen. Eine effiziente Wärmeableitung ist der Schlüssel für Wellenlängenstabilität und Langlebigkeit in optoelektronischen Anwendungen .
4. Hochzuverlässige Hybrid-Mikroelektronik
Dient als Grundlage für anspruchsvolle Dickschicht-Hybrid-Mikroschaltkreise und Multi-Chip-Module (MCMs) in der Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und medizinischen Elektronik. Die Kombination aus hervorragender dünnschichtfähiger Oberfläche und hoher Wärmeleitfähigkeit unterstützt komplexe, leistungsstarke KERAMISCHE KOMPONENTEN und Baugruppen.
5. MEMS und fortschrittliche Sensorverpackung
Ideal für Sensorverpackungsplattformen , insbesondere für Hochtemperatur- oder Hochfrequenzsensoren. Durch die Dünnschichtmetallisierung auf AlN können präzise Elektroden, Heizelemente und Verbindungen hergestellt werden, während die Stabilität des Materials die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Sensors gewährleistet.
Design for Manufacturing: Leitfaden zur Integration von Dünnschichtprozessen
Die erfolgreiche Integration unserer AlN-Substrate in Ihren Dünnschichtprozess erfordert die Beachtung wichtiger Details.
- Substratspezifikation und Bestellung:
- Geben Sie die erforderliche Oberflächenbeschaffenheit klar an (z. B. „Super Polish, Ra ≤ 0,1 µm“).
- Definieren Sie Ebenheitsanforderungen basierend auf der Tiefenschärfe Ihrer Fotolithografieausrüstung.
- Wählen Sie den geeigneten Wärmeleitfähigkeitsgrad basierend auf den Verlustleistungsanforderungen.
- Eingangskontrolle und Reinigung:
- Untersuchen Sie die Substrate nach Erhalt unter Reinraumbeleuchtung auf Kratzer oder Partikel.
- Führen Sie eine Standardreinigung vor der Ablagerung durch: Ultraschallreinigung in aufeinanderfolgenden Bädern aus Aceton, Isopropylalkohol (IPA) und entionisiertem (DI) Wasser. Mit gefiltertem Stickstoff trocknen.
- Für höchste Haftung wird dringend eine Sauerstoffplasmareinigung (Veraschung) mit geringer Leistung empfohlen, um restliche organische Stoffe zu entfernen und die Oberfläche zu aktivieren.
- Dünnschichtabscheidung und Strukturierung:
- Haftschicht: Bei Metallfilmen (Cu, Au) wird typischerweise zuerst eine dünne Haftschicht (z. B. Ti, Cr) aufgesputtert.
- Abscheidung: Fahren Sie mit Ihrem Standard-Sputter- oder Verdampfungsprozess fort. Die glatte AlN-Oberfläche fördert ein gleichmäßiges, dichtes Filmwachstum.
- Strukturierung: Verwenden Sie standardmäßige Fotolithografie- und Ätzverfahren (nass oder trocken). Die chemische Inertheit von AlN ermöglicht die Verwendung gängiger Ätzmittel, ohne das Substrat anzugreifen.
- Nachbearbeitung & Montage:
- Zur Verbesserung der Filmhaftung und -stabilität kann gemäß den Empfehlungen des Metalllieferanten ein Glühen durchgeführt werden.
- Fahren Sie mit der Komponentenbefestigung (Die-Bonding, SMT) und der endgültigen Verpackung fort.
Anpassung und OEM/ODM-Dienste
Puwei bietet umfassende technische Unterstützung, um AlN-Substrate an Ihr spezifisches Dünnschicht-Schaltungsdesign und Ihre Anforderungen an die Massenproduktion anzupassen.
Verfügbare Anpassungsparameter
- Präzise Abmessungen: Jede benutzerdefinierte Größe innerhalb unserer maximalen Plattengröße von 240 mm x 280 mm. Enge Bearbeitungstoleranzen bei Dicke, Länge und Breite.
- Oberflächenfinish-Engineering: Individuelles Polieren, um Ihren angegebenen Ra-Wert (bis zu <0,1 µm) zu erreichen. Doppelseitiges Polieren möglich.
- Vormetallisierte Substrate: Wir bieten hausinterne Dünnschichtmetallisierung (z. B. gesputtertes Ti/Cu, Ti/Au) und Strukturierungsdienste an und liefern ein montagefertiges, mit Schaltkreisen versehenes Substrat.
- Erweiterte Funktionen: Laserbohren von Mikrovias, Bearbeiten von Hohlräumen oder Aussparungen und Kantenanfasen.
- Materialqualitäten: Auswahl aus Standard-AlN-Material (≥175 W/m·K) oder Premium-AlN-Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit (≥200 W/m·K).
Herstellungsprozess und Qualitätssicherung
Unsere vertikal integrierte Fertigung stellt sicher, dass jedes AlN-Substrat die strengen Anforderungen der Dünnschichtelektronik erfüllt.
- Pulversynthese und -formulierung: Hochreines AlN-Pulver wird mit Sinterhilfsmitteln für eine optimale Verdichtung vorbereitet.
- Formung des Rohlings: Durch fortschrittliches Bandgießen oder Trockenpressen entstehen gleichmäßige „Grünlinge“ mit präziser Dicke.
- Hochtemperatursintern: Durch Sintern in einer Stickstoffatmosphäre bei Temperaturen bis zu 1850 °C werden eine theoretische Dichte von >99 % und eine hohe Wärmeleitfähigkeit erreicht.
- Präzises Läppen und Polieren: Gesinterte Rohlinge werden auf die gewünschte Dicke geläppt und anschließend einem mehrstufigen Polieren mit Diamantaufschlämmung unterzogen, um die für dünne Schichten erforderliche spiegelähnliche Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen.
- Laserritzen und Würfeln: Große Platten werden mit dem Laser in einzelne Substrate mit sauberen, präzisen Kanten geritzt oder gewürfelt.
- Strenge Endkontrolle:
- 100 % visuelle Prüfung auf Oberflächenfehler unter Vergrößerung.
- Messung der Oberflächenrauheit (Ra) mit Profilometer.
- Maßkontrolle (Dicke, Ebenheit) mittels Präzisionsmessgeräten.
- Chargenprüfung auf Wärmeleitfähigkeit (ASTM E1461) und dielektrische Eigenschaften.
Zertifizierungen, Compliance und Zuverlässigkeit
Puwei Ceramic ist den globalen Qualitätsstandards verpflichtet und bietet Substrate, denen Sie bei Ihren kritischsten Anwendungen vertrauen können.
- Qualitätsmanagementsystem: ISO 9001:2015 zertifiziert (Zertifikat-Nr.: GXLH41023Q10642R0S).
- Umweltkonformität: Vollständige Einhaltung der RoHS- und REACH-Richtlinien. Materialien sind ungiftig.
- Prozesskontrolle und Rückverfolgbarkeit: Statistische Prozesskontrolle (SPC) für Schlüsselparameter. Vollständige Chargenrückverfolgbarkeit vom Rohmaterial bis zum fertigen Substrat.
- Zuverlässigkeitstests: Wir führen Zuverlässigkeitstests auf Materialebene durch und können auf Anfrage anwendungsspezifische Qualifizierungen (Wärmewechsel, HAST usw.) unterstützen.
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