Die Wahl des geeigneten Substrats spielt eine zentrale Rolle für die Funktionalität und Zuverlässigkeit der assemblierten Baugruppe. Keramische Substrate besitzen eine um Größenordnungen höhere Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu herkömmlichem Leiterplattenmaterial (FRx).
Substrat | Wärmeleitfähigkeit | |
Al2O3 (96 %) | >25 W/mK | |
AlN | >150 W/mK | |
FRx | <1 W/(mK) |
Das elektrische Schaltungslayout kann auf diesen Substraten unter minimalem Einfluss von parasitären Streukapazitäten direkt per mehrlagigem Dickschichtdruck realisiert werden. Durchkontaktierungen (Vias) ermöglichen zweiseitige Schaltungslayouts. Zusätzlich sind keramische Schaltungsträger durch ihren, im Vergleich zu konventionellen FRx Leiterplatten, niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizient (CTE) optimal an gängige Halbleitersysteme angepasst.
CTE @ RT | ||||
Schaltungsträger | Al2O3 | 8.2 ppm/K | ||
AlN | 4.5 ppm/K | |||
FR-4 | 12...16 ppm/K | |||
Halbleiter | Si | 2.5 pm/K | ||
GaAs | 6 ppm/K | |||
SiC | 4 ppm/K | |||
GaN | 3.6 ppm/K |
Dies ermöglicht den Einsatz von ungehäusten Chips (Bare Dies) in Chip-on-Board (COB) Technologie für Anwendungen in rauen Umgebungsbedingungen (Harsh Environment), bei denen höchste Ansprüche an die Zuverlässigkeit der Substrat-Halbleiter-Verbindung erhoben werden. Zusätzlich stehen zum Aufbau von elektronischen Baugruppen Direct-Copper-Bond (DCB) Substrate mit hoher Stromtragfähigkeit sowie Metallkernsubstrate (IMS) zur optimalen Verteilung der Verlustwärme für leistungselektronischen Baugruppen zur Verfügung. Typischerweise werden die Substrate zur effizienten Verteilung der elektrischen Verluste an einen Kühlkörper (Heatsink) gekoppelt. Neben klassischen Metall-Legierungen wie z. B. CuMo können hier thermisch angepasste Alternativen aus Kompositwerkstoffen wie Al-SiC und AlG zum Einsatz kommen, die eine deutliche Gewichtsersparnis ermöglichen.
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