Qu’est-ce qu’un substrat en céramique ?
Un substrat en céramique est une plaque en céramique qui constitue le câblage d’un circuit imprimé ou est une plaque isolante sur laquelle sont placés des composants.
En résumé, un substrat en céramique peut également être désigné comme un substrat sur lequel est formé un motif de câblage.
Utilisations des substrats en céramique
Les substrats céramiques sont utilisés dans les cartes de câblage imprimées incorporées dans les produits de dissipation thermique et les équipements de mesure à haute fréquence, car ils sont utilisés dans des environnements à haute température et que les cartes de câblage imprimées sont de plus en plus petites. Les utilisations spécifiques sont les suivantes
- Produits de dissipation thermique
Équipement d’éclairage LED haute puissance, équipement de traitement laser, équipement d’irradiation par ultraviolets profonds - Équipements de communication par satellite et équipements de mesure à haute fréquence
Antennes de stations de base, ETC, modules RF, divers radars - Produits automobiles
Lampes LED pour l’automobile, composants de contrôle pour l’automobile - Composants électroniques
Éléments Peltier, capteurs piézoélectriques, DEL, diodes laser, modules GAN, semi-conducteurs de puissance à haute température, accélérés, à cycle et SiC - Équipements de communication mobile à haute fréquence
Équipements de communication IoT, antennes et filtres, oscillateurs contrôlés en tension (VCO), oscillateurs à cristal compensés en température (TCXO).
Caractéristiques des substrats en céramique
Les substrats en céramique sont constitués de céramique et leurs caractéristiques sont donc similaires à celles des céramiques. Les céramiques typiques qui forment les substrats en céramique comprennent les substrats en alumine, les substrats en zircone d’alumine, le nitrure d’aluminium (AlN) et le nitrure de silicium (Si3N4).
Ces matériaux présentent d’excellentes propriétés de résistance mécanique, d’isolation électrique, de résistance à la corrosion, de résistance à la chaleur et de conductivité thermique, et les substrats ont les mêmes propriétés.
Types de substrats en céramique
Il existe trois types de cartes de câblage imprimées avec des schémas de câblage, etc. formés sur des substrats isolants en céramique : les substrats céramiques à haute température, les substrats céramiques à basse température et les substrats céramiques à couche épaisse.
1. Substrat en céramique à haute température
Le substrat en céramique à haute température est un substrat sur lequel est formé des circuits en céramique cuite à haute température (HTCC). Tout d’abord, une plaque isolante est fabriquée comme base à l’aide de matières premières céramiques formulées pour les hautes températures. Ensuite, un circuit métallique tel que le tungstène ou le molybdène est formé sur la plaque isolante, puis le substrat laminé est cuit à haute température pour former un substrat céramique à haute température.
2. Substrat en céramique à basse température
Le substrat céramique à basse température est un substrat en céramique co-cuite à basse température (LTCC). Il se caractérise par la présence de matériaux céramiques et de verre dans la plaque isolante de base et est généralement fabriqué sous forme de substrats en céramique.
La poudre de céramique, le verre et les liants sont d’abord mélangés pour former une feuille. Des trous traversants sont pratiqués pour relier plusieurs couches aux endroits requis, et un schéma de câblage est imprimé et formé pour créer une seule couche. Après la création et l’empilage de plusieurs couches de différents schémas de câblage, la carte de câblage LTCC est achevée par le processus de cuisson.
3. Substrat en céramique à couche épaisse
Le substrat en céramique à couche épaisse est un substrat sur lequel des circuits électriques sont formés en imprimant un conducteur ou une pâte de résistance sur un substrat isolant et qui se caractérisent par l’épaisseur relativement importante de la couche du conducteur.
Autres informations sur les substrats en céramique
1. Substrats en céramique constitués d’alumine de haute pureté
Les substrats en céramique sont produits en mélangeant et en cuisant des poudres céramiques thermoconductrices avec un liant organique et d’autres matériaux. Lorsque l’on utilise de l’alumine de haute pureté, l’alumine est une particule fine et la céramique cuite présente peu de pores et une surface très lisse.
Cela signifie que le matériau a une très bonne adhérence aux films épais et aux matériaux à couches minces, et qu’il a des propriétés stables lorsqu’il est utilisé comme carte de circuit imprimé. En outre, comme il s’agit de fines particules, leur taille ne change pas après la cuisson, et ils ont également de très bonnes propriétés externes, telles que la variation dimensionnelle, le gauchissement et la flexion. Elles présentent également une dissipation thermique et une résistance à la chaleur élevées, et sont physiquement et chimiquement stables dans des environnements thermiques élevés.
2. Boîtiers de semi-conducteurs utilisant des substrats en céramique
La production de chaleur associée à la forte intégration des dispositifs à semi-conducteurs est une question importante et l’on utilise des substrats en céramique d’alumine dotés de propriétés élevées de dissipation de la chaleur. Cependant, cela n’est pas toujours suffisant pour répondre aux exigences élevées de ces dernières années. Ces dernières années, le nitrure d’aluminium et le carbure de silicium ont attiré l’attention en tant que nouveaux matériaux céramiques pour l’emballage des semi-conducteurs, remplaçant les substrats en céramique d’alumine.
Le nitrure d’aluminium n’est pas un matériau céramique naturel et possède une excellente conductivité thermique avec une valeur théorique de 320 W/m-K. En réalité, les améliorations apportées aux matières premières, à la sélection des adjuvants de frittage et aux conditions de frittage ont permis d’obtenir une conductivité thermique d’environ 180 W/m-K dans la pratique.
Dans les céramiques de carbure de silicium, il est apparu clairement que si l’oxyde de béryllium est utilisé comme adjuvant de frittage, il peut être utilisé comme isolant à conductivité thermique élevée et a attiré l’attention en tant que matériau de substrat.