Derzeit werden organische Materialien, insbesondere Epoxidharze, aufgrund ihrer niedrigen Preise und ausgereiften Technologie größtenteils noch in der Leiterplattenproduktion eingesetzt. Konventionelle organische Leiterplatten können jedoch hinsichtlich Wärmeableitung und Wärmeausdehnungskoeffizient den Anforderungen der stetig wachsenden Halbleiterintegration nicht gerecht werden. Keramische Materialien hingegen weisen gute Hochfrequenz- und elektrische Eigenschaften sowie eine hohe Wärmeleitfähigkeit, chemische und thermische Stabilität auf, die organischen Substraten nicht zustehen. Sie sind daher ideale Gehäusematerialien für die neue Generation von großflächigen integrierten Schaltungen und Leistungselektronikmodulen. Aus diesem Grund hat sich in den letzten Jahren die Entwicklung von Leiterplatten mit keramischen Materialien intensiviert.Keramik-Leiterplattehat große Aufmerksamkeit erfahren und sich rasant weiterentwickelt.
Keramische Leiterplatten mit metallisiertem Substrat auf Keramikbasis, die gute thermische und elektrische Eigenschaften aufweisen, eignen sich hervorragend zur Verkapselung von Leistungs-LEDs, insbesondere für violettes und ultraviolettes Licht (MCM) und sind daher besonders geeignet für viele Chipgehäuse-Substrate wie z. B. die Verkapselung von COB-Chips (Direct Bonding). Gleichzeitig können sie auch als Wärmeableitungs-Leiterplatten für andere Hochleistungs-Halbleitermodule, Hochstromschalter, Relais, Antennen in der Telekommunikationsindustrie, Filter, Solarwechselrichter usw. verwendet werden.
Angesichts der aktuellen Entwicklung hocheffizienter, hochdichter und leistungsstarker LEDs im In- und Ausland ist von 2017 bis 2018 ein rasanter Fortschritt im heimischen LED-Markt zu verzeichnen. Die Entwicklung von Materialien mit überlegener Wärmeableitung ist daher dringend erforderlich, um das Problem der LED-Wärmeableitung zu lösen. Im Allgemeinen sinken die Lichtausbeute und die Lebensdauer von LEDs mit steigender Sperrschichttemperatur. Ab einer Sperrschichttemperatur von 125 °C kann es sogar zum Ausfall der LED kommen. Um die LED-Temperatur niedrig zu halten, sind eine hohe Wärmeleitfähigkeit, ein geringer Wärmewiderstand und ein geeignetes Gehäuseverfahren notwendig, um den Gesamtwärmewiderstand der LED zu reduzieren.
Epoxid-Kupfer-beschichtete Substrate sind die am weitesten verbreiteten Substrate in der traditionellen Elektronikgehäusefertigung. Sie erfüllen drei Funktionen: Träger, Leiter und Isolation. Ihre Hauptmerkmale sind: geringe Kosten, hohe Feuchtigkeitsbeständigkeit, geringe Dichte, einfache Verarbeitung, einfache Realisierung mikrografischer Schaltungen und Eignung für die Massenproduktion. Da FR-4 jedoch aus Epoxidharz besteht, einem organischen Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit und schlechter Hochtemperaturbeständigkeit, eignet es sich nicht für die Anforderungen an hochdichte und leistungsstarke LED-Gehäuse und wird daher üblicherweise nur für LEDs mit geringer Leistung eingesetzt.
Keramische Substratmaterialien sind hauptsächlich Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Saphir, hochborosilikatglas usw. Im Vergleich zu anderen Substratmaterialien weisen keramische Substrate folgende Eigenschaften in Bezug auf mechanische, elektrische und thermische Eigenschaften auf:
(1) Mechanische Eigenschaften: Mechanische Festigkeit, geeignet für tragende Bauteile; Gute Verarbeitung, hohe Maßgenauigkeit; Glatte Oberfläche, keine Mikrorisse, Verbiegungen usw.
(2) Thermische Eigenschaften: Die Wärmeleitfähigkeit ist hoch, der Wärmeausdehnungskoeffizient ist mit dem von Si und GaAs und anderen Chipmaterialien abgestimmt, und die Wärmebeständigkeit ist gut.
(3) Elektrische Eigenschaften: Die Dielektrizitätskonstante ist niedrig, die dielektrischen Verluste sind gering, der Isolationswiderstand und die Isolationsausfallwahrscheinlichkeit sind hoch, die Leistung ist unter hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit stabil und die Zuverlässigkeit ist hoch.
(4) Weitere Eigenschaften: Gute chemische Stabilität, keine Feuchtigkeitsaufnahme; öl- und chemikalienbeständig; ungiftig, umweltfreundlich, geringe Alphastrahlung; stabile Kristallstruktur, die sich im Temperaturbereich kaum verändert; reichlich vorhandene Rohstoffressourcen.
Aluminiumoxid (Al₂O₃) ist seit Langem das gängigste Substratmaterial für Hochleistungsgehäuse. Allerdings weist Al₂O₃ eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, und sein Wärmeausdehnungskoeffizient ist nicht mit dem des Chipmaterials kompatibel. Daher ist dieses Substratmaterial hinsichtlich Leistung, Kosten und Umweltschutz nicht das optimale Material für die zukünftige Entwicklung von Hochleistungs-LED-Bauelementen.AluminiumnitridKeramiken mit hoher Wärmeleitfähigkeit, hoher Festigkeit, hohem Widerstand, geringer Dichte, niedriger Dielektrizitätskonstante, Ungiftigkeit sowie hervorragenden Eigenschaften wie dem auf Silizium abgestimmten Wärmeausdehnungskoeffizienten werden nach und nach das traditionelle Substratmaterial für Hochleistungs-LEDs ersetzen und zu einem der vielversprechendsten zukünftigen Keramiksubstratmaterialien werden, das eine Leistung von mehr als 180 W bis 220 W/mK ermöglicht.KingSongbietet keramische Leiterplatten für Ihre PCB-Anforderungen an.