Vifaa na tabia ya sehemu ndogo za kauri

Pamoja na maendeleo na maendeleo ya teknolojia, hali ya sasa ya kufanya kazi, joto la kufanya kazi na frequency katika vifaa imekuwa ikizidi kuongezeka. Ili kukidhi utegemezi wa vifaa na mizunguko, mahitaji ya juu yamewekwa mbele kwa wabebaji wa chip. Sehemu ndogo za kauri hutumiwa sana katika nyanja hizi kwa sababu ya mali zao bora za mafuta, mali ya microwave, mali ya mitambo na kuegemea juu.

Kwa sasa, vifaa kuu vya kauri vinavyotumiwa katika sehemu ndogo za kauri ni: alumina (Al2O3), aluminium nitride (ALN), nitride ya silicon (SI3N4), silicon carbide (sic) na beryllium oxide (BEO).

Ma terial	Usafi	wa mafuta .	_	_ _	_ _ _
_	_	_	_	_	_ Maombi pana zaidi
aln	99%	150	8.9	15	utendaji wa juu, Lakini gharama kubwa
BEO	99%	310	6.4	10	Poda na sumu yenye sumu, kikomo cha kutumia
SI3N4	99%	106	9.4	100	Utendaji bora wa jumla
SIC	99%	270	40	0.7	inafaa tu kwa matumizi ya chini-frequency

Wacha tuone sifa fupi za kauri hizi 5 za hali ya juu kwa substrates kama ifuatavyo:

1. Alumina (Al2O3)

AL2O3 homo asili polycrystals inaweza kufikia zaidi ya aina 10, na aina kuu za kioo ni kama ifuatavyo: α-AL2O3, β-Al2O3, γ-Al2O3 na ZTA-Al2O3. Kati yao, α-AL2O3 ina shughuli ya chini kabisa na ni thabiti zaidi kati ya fomu kuu nne za kioo, na kiini chake cha kitengo ni rhombohedron iliyoelekezwa, mali ya mfumo wa glasi ya hexagonal. Muundo wa α-AL2O3 ni laini, muundo wa corundum, unaweza kuwapo kwa joto kwa joto lote; Wakati hali ya joto inafikia 1000 ~ 1600 ° C, anuwai zingine zitabadilika kuwa α-AL2O3.

Kielelezo 1: Microstruture ya Crystal ya Al2O3 chini ya SEM

Pamoja na ongezeko la sehemu ya wingi wa Al2O3 na kupungua kwa sehemu inayolingana ya glasi ya glasi, ubora wa mafuta ya kauri ya Al2O3 huongezeka haraka, na wakati sehemu ya misa ya Al2O3 inafikia 99%, ubora wake wa mafuta huongezeka mara mbili ikilinganishwa na hiyo wakati sehemu ya umati iko 90%.

Ingawa kuongeza sehemu kubwa ya Al2O3 inaweza kuboresha utendaji wa jumla wa kauri, pia huongeza joto la kauri, ambalo husababisha kuongezeka kwa gharama ya uzalishaji.

2. Aluminium nitride (ALN)

ALN ni aina ya kiwanja ⅲ-V kiwanja na muundo wa wurtzite. Kiini chake cha kitengo ni ALN4 tetrahedron, ambayo ni ya mfumo wa glasi ya hexagonal na ina dhamana yenye nguvu, kwa hivyo ina mali bora ya mitambo na nguvu kubwa ya kuinama. Kinadharia, wiani wake wa glasi ni 3.2611g/cm3, kwa hivyo ina hali ya juu ya mafuta, na glasi safi ya ALN ina ubora wa mafuta ya 320W/(m · K) kwa joto la kawaida, na ubora wa mafuta ya aln iliyoshushwa moto-moto Substrate inaweza kufikia 150W/(M · K), ambayo ni zaidi ya mara 5 ya Al2O3. Mchanganyiko wa upanuzi wa mafuta ni 3.8 × 10-6 ~ 4.4 × 10-6/℃, ambayo inaendana vizuri na mgawo wa upanuzi wa mafuta ya vifaa vya chip vya semiconductor kama vile Si, Sic na GaAs.

Kielelezo 2: Poda ya nitridi ya aluminium

Kauri za ALN zina kiwango cha juu cha mafuta kuliko kauri za Al2O3, ambazo polepole huchukua nafasi ya kauri za AL2O3 katika umeme wa nguvu ya juu na vifaa vingine vinavyohitaji uzalishaji wa joto, na ina matarajio mapana ya matumizi. Kauri za ALN pia huzingatiwa kama nyenzo inayopendelea kwa dirisha la utoaji wa nishati ya vifaa vya umeme vya utupu kwa sababu ya mgawo wao wa chini wa uzalishaji wa elektroni.

3. Silicon nitride (SI3N4)

SI3N4 ni kiwanja kilichofungwa kwa usawa na miundo mitatu ya kioo: α-SI3N4, β-SI3N4, na γ-SI3N4. Kati yao, α-SI3N4 na β-SI3N4 ni aina za kawaida za kioo, na muundo wa hexagonal. Utaratibu wa mafuta ya glasi moja Si3N4 inaweza kufikia 400W/(m · K). Walakini, kwa sababu ya uhamishaji wake wa joto la fonetiki, kuna kasoro za kimiani kama nafasi na kutengwa katika kimiani halisi, na uchafu husababisha kutawanyika kwa phonon kuongezeka, kwa hivyo, hali ya mafuta ya kauri halisi iliyofukuzwa ni karibu 20W/(M · K) . Kwa kuboresha mchakato na mchakato wa kuteketeza, ubora wa mafuta umefikia 106W/(m · K). Mchanganyiko wa upanuzi wa mafuta ya SI3N4 ni karibu 3.0 × 10-6/ c, ambayo inaendana vizuri na vifaa vya Si, SIC na GAAS, na kufanya kauri za SI3N4 kuwa nyenzo ndogo za kauri za vifaa vya umeme vya juu.

Kielelezo 3: Poda ya nitridi ya silicon

Kati ya sehemu ndogo za kauri zilizopo, sehemu ndogo za kauri za SI3N4 zinachukuliwa kuwa vifaa bora vya kauri na mali bora kama ugumu wa hali ya juu, nguvu ya juu ya mitambo, upinzani wa joto la juu na utulivu wa mafuta, upotezaji wa chini wa dielectric na dielectric, upinzani wa kuvaa na upinzani wa kutu. Kwa sasa, ni neema katika ufungaji wa moduli ya IGBT na hatua kwa hatua inachukua nafasi ya sehemu ndogo za AL2O3 na ALN.

4.Silicon Carbide (SIC)

SIC moja ya fuwele inajulikana kama nyenzo ya kizazi cha tatu ya semiconductor, ambayo ina faida za pengo kubwa la bendi, voltage kubwa ya kuvunjika, kiwango cha juu cha mafuta na kasi kubwa ya kueneza elektroni.

Kwa kuongeza kiwango kidogo cha BOO na B2O3 kwa SIC ili kuongeza nguvu yake, na kisha kuongeza nyongeza zinazolingana za joto kwenye joto hapo juu 1900 ℃ Kutumia kusukuma moto kwa moto, unaweza kuandaa wiani wa zaidi ya 98% ya kauri za SIC. Uboreshaji wa mafuta ya kauri za SIC zilizo na usafi tofauti zilizotayarishwa na njia tofauti za kuongezea na viongezeo ni 100 ~ 490W/(m · K) kwa joto la kawaida. Kwa sababu dielectric mara kwa mara ya kauri za SIC ni kubwa sana, inafaa tu kwa matumizi ya mzunguko wa chini, na haifai kwa matumizi ya mzunguko wa juu.

5. Beryllia (BEO)

BEO ni muundo wa wurtzite na kiini ni mfumo wa fuwele za ujazo. Utaratibu wake wa mafuta ni wa juu sana, sehemu kubwa ya BEO ya kauri 99% ya BEO, kwa joto la kawaida, ubora wake wa mafuta (ubora wa mafuta) unaweza kufikia 310W/(M · K), karibu mara 10 ya mafuta ya kauri ya usafi wa Al2O3. Sio tu kuwa na uwezo mkubwa wa kuhamisha joto, lakini pia ina upotezaji wa chini wa dielectric mara kwa mara na dielectric na insulation ya juu na mali ya mitambo, kauri za BEO ndio nyenzo zinazopendelea katika utumiaji wa vifaa vya nguvu na mizunguko inayohitaji ubora wa juu wa mafuta.

Kielelezo 5: muundo wa fuwele wa beryllia

Utaratibu wa juu wa mafuta na sifa za upotezaji wa chini wa BEO hazilinganishwi na vifaa vingine vya kauri, lakini BEO ina mapungufu dhahiri, na poda yake ni sumu.

Kwa sasa, vifaa vya kawaida vya kauri nchini China ni Al2O3, ALN na SI3N4. Sehemu ndogo ya kauri iliyotengenezwa na teknolojia ya LTCC inaweza kuunganisha vifaa vya kupita kama vile wapinzani, capacitors na inductors katika muundo wa pande tatu. Kinyume na ujumuishaji wa semiconductors, ambazo kimsingi ni vifaa vya kazi, LTCC ina uwezo mkubwa wa wiring wa 3D.