సిరామిక్ ఉపరితలాల పదార్థాలు మరియు లక్షణాలు

సాంకేతిక పరిజ్ఞానం యొక్క పురోగతి మరియు అభివృద్ధితో, పరికరాల్లో ఆపరేటింగ్ కరెంట్, పని ఉష్ణోగ్రత మరియు పౌన frequency పున్యం క్రమంగా ఎక్కువ అవుతున్నాయి. పరికరాలు మరియు సర్క్యూట్ల విశ్వసనీయతను తీర్చడానికి, చిప్ క్యారియర్‌ల కోసం అధిక అవసరాలు ముందుకు వచ్చాయి. సిరామిక్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లను ఈ రంగాలలో విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తారు ఎందుకంటే వాటి అద్భుతమైన ఉష్ణ లక్షణాలు, మైక్రోవేవ్ లక్షణాలు, యాంత్రిక లక్షణాలు మరియు అధిక విశ్వసనీయత.

ప్రస్తుతం, సిరామిక్ ఉపరితలాలలో ఉపయోగించే ప్రధాన సిరామిక్ పదార్థాలు: అల్యూమినా (AL2O3), అల్యూమినియం నైట్రైడ్ (ALN), సిలికాన్ నైట్రైడ్ (SI3N4), సిలికాన్ కార్బైడ్ (SIC) మరియు బెరిలియం ఆక్సైడ్ (BEO).

మా టెరియల్	స్వచ్ఛత	ఉష్ణ వాహకత .	_	_ _	_ _ _
_	_	_	_	_	_ చాలా విస్తృత అనువర్తనాలు
ALN	99%	150	8.9	15	అధిక పనితీరు, కానీ అధిక ఖర్చు
బీ	99%	310	6.4	10	అధిక విషపూరితమైన ,
SI3N4	99%	106	9.4	100	సరైన పనితీరు
SIC	99%	270	40	0.7	తక్కువ-ఫ్రీక్వెన్సీ అనువర్తనాలకు మాత్రమే సరిపోతుంది

ఉపరితలాల కోసం ఈ 5 అధునాతన సిరామిక్స్ యొక్క సంక్షిప్త లక్షణాలను ఈ క్రింది విధంగా చూద్దాం:

1. అల్యూమినా (AL2O3)

AL2O3 సజాతీయ పాలిక్రిస్టల్స్ 10 కంటే ఎక్కువ రకాలను చేరుకోగలవు, మరియు ప్రధాన క్రిస్టల్ రకాలు ఈ క్రింది విధంగా ఉన్నాయి: α-AL2O3, β-AL2O3, γ-AL2O3 మరియు ZTA-AL2O3. వాటిలో, α-AL2O3 అతి తక్కువ కార్యాచరణను కలిగి ఉంది మరియు ఇది నాలుగు ప్రధాన క్రిస్టల్ రూపాలలో చాలా స్థిరంగా ఉంది, మరియు దాని యూనిట్ సెల్ షట్కోణ క్రిస్టల్ వ్యవస్థకు చెందిన ఒక కోణాల రోంబోహెడ్రాన్. α-AL2O3 నిర్మాణం గట్టిగా ఉంటుంది, కొరండమ్ నిర్మాణం, అన్ని ఉష్ణోగ్రతల వద్ద స్థిరంగా ఉంటుంది; ఉష్ణోగ్రత 1000 ~ 1600 ° C కి చేరుకున్నప్పుడు, ఇతర వైవిధ్యాలు కోలుకోలేని విధంగా α-AL2O3 గా మారుతాయి.

మూర్తి 1: SEM కింద AL2O3 యొక్క క్రిస్టల్ మైక్రోస్ట్రచర్

AL2O3 ద్రవ్యరాశి భిన్నం మరియు సంబంధిత గాజు దశ ద్రవ్యరాశి భిన్నం తగ్గడంతో, AL2O3 సిరామిక్స్ యొక్క ఉష్ణ వాహకత వేగంగా పెరుగుతుంది, మరియు AL2O3 ద్రవ్యరాశి భిన్నం 99%కి చేరుకున్నప్పుడు, ద్రవ్యరాశి భిన్నం ఉన్నప్పుడు దాని ఉష్ణ వాహకత రెట్టింపు అవుతుంది. 90%.

AL2O3 యొక్క ద్రవ్యరాశి భిన్నాన్ని పెంచడం సిరామిక్స్ యొక్క మొత్తం పనితీరును మెరుగుపరుస్తుంది, ఇది సిరామిక్స్ యొక్క సింటరింగ్ ఉష్ణోగ్రతను కూడా పెంచుతుంది, ఇది పరోక్షంగా ఉత్పత్తి ఖర్చుల పెరుగుదలకు దారితీస్తుంది.

2. అల్యూమినియం నైట్రైడ్ (ALN)

ALN అనేది వర్ట్జైట్ నిర్మాణంతో ఒక రకమైన సమూహం ⅲ-V సమ్మేళనం. దీని యూనిట్ సెల్ ఆల్న్ 4 టెట్రాహెడ్రాన్, ఇది షట్కోణ క్రిస్టల్ వ్యవస్థకు చెందినది మరియు బలమైన సమయోజనీయ బంధాన్ని కలిగి ఉంది, కాబట్టి ఇది అద్భుతమైన యాంత్రిక లక్షణాలు మరియు అధిక బెండింగ్ బలాన్ని కలిగి ఉంటుంది. సిద్ధాంతపరంగా, దాని క్రిస్టల్ సాంద్రత 3.2611G/CM3, కాబట్టి ఇది అధిక ఉష్ణ వాహకత కలిగి ఉంటుంది, మరియు స్వచ్ఛమైన ALN క్రిస్టల్ గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద 320W/(M · K) యొక్క ఉష్ణ వాహకతను కలిగి ఉంటుంది మరియు వేడి-ఒత్తిడితో కూడిన కాల్చిన ALN యొక్క ఉష్ణ వాహకత ఉంటుంది సబ్‌స్ట్రేట్ 150W/(M · K) ను చేరుకోగలదు, ఇది AL2O3 కంటే 5 రెట్లు ఎక్కువ. థర్మల్ విస్తరణ గుణకం 3.8 × 10-6 ~ 4.4 × 10-6/℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃, ఇది SI, SIC మరియు GAAS వంటి సెమీకండక్టర్ చిప్ పదార్థాల ఉష్ణ విస్తరణ గుణకంతో బాగా సరిపోతుంది.

మూర్తి 2: అల్యూమినియం నైట్రైడ్ యొక్క పొడి

ALN సిరామిక్స్ AL2O3 సిరామిక్స్ కంటే ఎక్కువ ఉష్ణ వాహకత కలిగి ఉంది, ఇది క్రమంగా అధిక-శక్తి విద్యుత్ ఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు అధిక ఉష్ణ ప్రసరణ అవసరమయ్యే ఇతర పరికరాల్లో AL2O3 సిరామిక్స్‌ను భర్తీ చేస్తుంది మరియు విస్తృత అనువర్తన అవకాశాలను కలిగి ఉంటుంది. తక్కువ సెకండరీ ఎలక్ట్రాన్ ఉద్గార గుణకం కారణంగా పవర్ వాక్యూమ్ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల ఎనర్జీ డెలివరీ విండోకు ALN సిరామిక్స్ ఇష్టపడే పదార్థంగా కూడా పరిగణించబడుతుంది.

3. సిలికాన్ నైట్రైడ్ (SI3N4)

SI3N4 అనేది మూడు క్రిస్టల్ నిర్మాణాలతో సమయోజనీయ బంధిత సమ్మేళనం: α-Si3n4, β-Si3N4 మరియు γ-Si3N4. వాటిలో, షట్కోణ నిర్మాణంతో α-SI3N4 మరియు β-SI3N4 అత్యంత సాధారణ క్రిస్టల్ రూపాలు. సింగిల్ క్రిస్టల్ SI3N4 యొక్క ఉష్ణ వాహకత 400W/(M · K) ను చేరుకోవచ్చు. ఏదేమైనా, దాని ఫోనాన్ ఉష్ణ బదిలీ కారణంగా, వాస్తవ జాలకలో ఖాళీ మరియు తొలగుట వంటి జాలక లోపాలు ఉన్నాయి, మరియు మలినాలు ఫోనాన్ చెదరగొట్టడానికి కారణమవుతాయి, కాబట్టి వాస్తవంగా కాల్చిన సిరామిక్స్ యొక్క ఉష్ణ వాహకత కేవలం 20W/(M · K) మాత్రమే . నిష్పత్తి మరియు సింటరింగ్ ప్రక్రియను ఆప్టిమైజ్ చేయడం ద్వారా, ఉష్ణ వాహకత 106W/(M · K) కు చేరుకుంది. SI3N4 యొక్క ఉష్ణ విస్తరణ గుణకం సుమారు 3.0 × 10-6/ C, ఇది SI, SIC మరియు GAAS పదార్థాలతో బాగా సరిపోతుంది, Si3N4 సిరామిక్స్ అధిక ఉష్ణ వాహకత ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలకు ఆకర్షణీయమైన సిరామిక్ సబ్‌స్ట్రేట్ పదార్థంగా మారుతుంది.

మూర్తి 3: సిలికాన్ నైట్రైడ్ యొక్క పొడి

ప్రస్తుతం ఉన్న సిరామిక్ ఉపరితలాలలో, SI3N4 సిరామిక్ ఉపరితలాలు అధిక కాఠిన్యం, అధిక యాంత్రిక బలం, అధిక ఉష్ణోగ్రత నిరోధకత మరియు ఉష్ణ స్థిరత్వం, తక్కువ విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం మరియు విద్యుద్వాహక నష్టం, దుస్తులు నిరోధకత మరియు తుప్పు నిరోధకత వంటి అద్భుతమైన లక్షణాలతో కూడిన ఉత్తమ సిరామిక్ పదార్థాలుగా పరిగణించబడతాయి. ప్రస్తుతం, ఇది IGBT మాడ్యూల్ ప్యాకేజింగ్‌లో అనుకూలంగా ఉంటుంది మరియు క్రమంగా AL2O3 మరియు ALN సిరామిక్ ఉపరితలాలను భర్తీ చేస్తుంది.

4. సిలికన్ కార్బిడ్ (సిక్)

సింగిల్ క్రిస్టల్ SIC ని మూడవ తరం సెమీకండక్టర్ మెటీరియల్ అని పిలుస్తారు, ఇది పెద్ద బ్యాండ్ గ్యాప్, అధిక బ్రేక్‌డౌన్ వోల్టేజ్, అధిక ఉష్ణ వాహకత మరియు అధిక ఎలక్ట్రాన్ సంతృప్త వేగం యొక్క ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది.

దాని రెసిస్టివిటీని పెంచడానికి SIC కి కొద్ది మొత్తంలో BEO మరియు B2O3 ను జోడించడం ద్వారా, ఆపై 1900 పైన ఉన్న ఉష్ణోగ్రతలో సంబంధిత సింటరింగ్ సంకలనాలను జోడించడం ద్వారా ℃ హాట్ ప్రెసింగ్ సింటరింగ్ ఉపయోగించి, మీరు 98% కంటే ఎక్కువ SIC సెరామిక్స్ సాంద్రతను సిద్ధం చేయవచ్చు. వేర్వేరు సింటరింగ్ పద్ధతులు మరియు సంకలనాలు తయారుచేసిన వివిధ స్వచ్ఛతతో SIC సిరామిక్స్ యొక్క ఉష్ణ వాహకత గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద 100 ~ 490W/(M · K). SIC సిరామిక్స్ యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం చాలా పెద్దది కాబట్టి, ఇది తక్కువ-ఫ్రీక్వెన్సీ అనువర్తనాలకు మాత్రమే అనుకూలంగా ఉంటుంది మరియు ఇది అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ అనువర్తనాలకు తగినది కాదు.

5. బెరిల్లియా (బయో)

BEO వర్ట్జైట్ నిర్మాణం మరియు సెల్ క్యూబిక్ క్రిస్టల్ వ్యవస్థ. దీని ఉష్ణ వాహకత చాలా ఎక్కువ, BEO ద్రవ్యరాశి 99% BEO సిరామిక్స్, గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద, దాని ఉష్ణ వాహకత (థర్మల్ కండక్టివిటీ) 310W/(M · K) కు చేరుకోవచ్చు, అదే స్వచ్ఛత AL2O3 సిరామిక్స్ యొక్క ఉష్ణ వాహకత 10 రెట్లు. చాలా ఎక్కువ ఉష్ణ బదిలీ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉండటమే కాకుండా, తక్కువ విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం మరియు విద్యుద్వాహక నష్టం మరియు అధిక ఇన్సులేషన్ మరియు యాంత్రిక లక్షణాలను కలిగి ఉంది, అధిక-శక్తి పరికరాలు మరియు అధిక ఉష్ణ వాహకత అవసరమయ్యే సర్క్యూట్ల అనువర్తనంలో BEO సిరామిక్స్ ఇష్టపడే పదార్థం.

మూర్తి 5: బెరిలియా యొక్క క్రిస్టల్ నిర్మాణం

BEO యొక్క అధిక ఉష్ణ వాహకత మరియు తక్కువ నష్ట లక్షణాలు ఇప్పటివరకు ఇతర సిరామిక్ పదార్థాల ద్వారా సరిపోలలేదు, కానీ BEO కి చాలా స్పష్టమైన లోపాలు ఉన్నాయి మరియు దాని పొడి చాలా విషపూరితమైనది.

ప్రస్తుతం, చైనాలో సాధారణంగా ఉపయోగించే సిరామిక్ సబ్‌స్ట్రేట్ పదార్థాలు ప్రధానంగా AL2O3, ALN మరియు SI3N4. ఎల్‌టిసిసి టెక్నాలజీ చేసిన సిరామిక్ ఉపరితలం త్రిమితీయ నిర్మాణంలో రెసిస్టర్లు, కెపాసిటర్లు మరియు ఇండక్టర్స్ వంటి నిష్క్రియాత్మక భాగాలను ఏకీకృతం చేస్తుంది. ప్రధానంగా క్రియాశీల పరికరాలు అయిన సెమీకండక్టర్ల ఏకీకరణకు భిన్నంగా, LTCC అధిక-సాంద్రత కలిగిన 3D ఇంటర్‌కనెక్ట్ వైరింగ్ సామర్థ్యాలను కలిగి ఉంది.