Алюмооксидная подложка (alumina substrate) представляет собой диэлектрическое основание, изготовленное из спечённой керамики на основе оксида алюминия (Al₂O₃). Это наиболее распространённый тип керамической подложки в производстве печатных плат, гибридных интегральных схем (ГИС), толстоплёночных (thick-film) и тонкоплёночных (thin-film) цепей.
Конструкция и свойства
Стандартом в отрасли является алюмооксидная керамика с содержанием Al₂O₃ 96% или 99,5% . Более высокая чистота обеспечивает улучшенные тепловые и электрические характеристики, но существенно увеличивает стоимость материала.
Ключевые свойства алюмооксидных подложек:
-
Высокая механическая прочность на сжатие и изгиб, устойчивость к абразивному износу.
-
Отличные электроизоляционные свойства и высокая электрическая прочность (напряжение пробоя до 15–28 кВ/мм в зависимости от толщины).
-
Теплопроводность в диапазоне 20–35 Вт/(м·К), что значительно превосходит показатели органических диэлектриков (FR-4).
-
Стабильность размеров и химическая инертность в широком диапазоне температур.
-
Низкая гигроскопичность, что исключает влияние влаги на электрические свойства.
-
Термическое расширение (КТР 6–8×10⁻⁶/°C) близко к коэффициенту теплового расширения кремния, что минимизирует механические напряжения в соединениях при температурных циклах.
Технологии металлизации
На алюмооксидные подложки наносятся проводящие слои с использованием различных технологий:
-
Толстоплёночная технология (thick-film).
Проводящие и резистивные пасты наносятся трафаретной печатью и вжигаются при высоких температурах, формируя надёжные проводники и резисторы . -
DPC (Direct Plated Copper).
Прямое осаждение меди на керамическую поверхность с применением вакуумно-плазменных методов, обеспечивающее высокое разрешение рисунка (до 25–50 мкм). -
DBC (Direct Bonded Copper).
Соединение медной фольги с керамической подложкой при температуре ~1065°C в атмосфере с контролируемым содержанием кислорода. -
Тонкоплёночная технология (thin-film).
Создание проводников методами вакуумного напыления и фотолитографии для высокоточных схем.
Области применения
Алюмооксидные подложки широко применяются в силовой электронике: для IGBT-модулей, мощных транзисторов и диодов, где важны электрическая изоляция и отвод тепла . Они используются в светодиодных модулях средней мощности и термоэлектрических охладителях (элементы Пельтье) . Также применяются в толстоплёночных гибридных схемах, автомобильной электронике, сенсорах для агрессивных сред и СВЧ-устройствах до средних частот (единицы ГГц).
Источники: IPC-T-50, IPC-6012, отраслевые публикации PCBONLINE, Altium, NextPCB, техническая спецификация ЗАО «Ферротек Норд».