Anwendungen von Hochleistungskeramiken in der Halbleiter- und Elektronikindustrie

Anwendungen von Hochleistungskeramiken in der Halbleiter- und Elektronikindustrie

Die Halbleiter- und Elektronikindustrie verlangt nach Materialien, die auch unter extremen Bedingungen zuverlässig funktionieren - hohe Temperaturen, schnelle Temperaturwechsel, hohe Spannungen und extrem saubere Produktionsumgebungen. Hochleistungskeramik sind in diesem Bereich aufgrund ihrer außergewöhnlichen Kombination aus mechanischer Festigkeit, elektrischer Isolierung, thermischer Stabilität und chemischer Inertheit unverzichtbar geworden. Materialien wie Tonerde (Al₂O₃), Aluminiumnitrid (AlN), Siliziumnitrid (Si₃N₄), Zirkoniumdioxid (ZrO₂), Berylliumoxid (BeO)und Bornitrid (BN) werden häufig in Halbleiterverarbeitungsanlagen, mikroelektronischen Gehäusen und elektronischen Hochleistungsgeräten verwendet.

Die wichtigsten Vorteile von Hochleistungskeramik für Halbleiter- und Elektronikanwendungen

Keramiken wie Aluminiumoxid und Aluminiumnitrid haben eine dielektrische Festigkeit von über 10 kV/mm, was sie ideal für die Verwendung als Isolatoren in Hochspannungsstromkreisen und Substrate für Mikrochips. Ihre Fähigkeit, elektrische Leckagen zu verhindern, gewährleistet die Signalintegrität in der Hochgeschwindigkeitselektronik.

Aluminiumnitrid und Berylliumoxid weisen eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit auf (AlN: ~170-200 W/m-K; BeO: ~200-250 W/m-K), was eine effiziente Wärmeableitung in Leistungshalbleiter, LED-Moduleund RF-Geräte. Dadurch wird eine Überhitzung verhindert und die Lebensdauer des Geräts verlängert.

Hochleistungskeramik behält ihre Form und Leistung bei Temperaturen von kryogenen Werten bis zu über 1.000°C. Dies ist wichtig für Ausrüstung für die Halbleiterherstellungwo präzise Toleranzen für Lithografie-, Ätz- und Abscheidungsprozesse entscheidend sind.

Bei der Herstellung von Halbleitern kommen häufig aggressive Chemikalien und Plasmaumgebungen zum Einsatz. Materialien wie Siliziumnitrid und Aluminiumoxid widerstehen Ätzmittel, Säuren und reaktive Gasedie eine lange Lebensdauer der Komponenten in Plasmaätzer, CVD-Reaktoren und Wafer-Handling-Systeme.

Viele Keramiken, insbesondere Siliziumnitrid, haben einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, was die thermische Belastung bei schnellen Temperaturwechseln verringert und sie mit verschiedenen Halbleitermaterialien kompatibel macht.

profitieren:

  • Hervorragende Verlässlichkeit: Stabil bei hohen Temperaturen und Spannungsbelastungen
  • Verbesserte Miniaturisierung: Ermöglicht kompakte, leistungsstarke Designs
  • Verbessertes Wärmemanagement: Verhindert Überhitzung der Leistungselektronik
  • Hermetische Versiegelungsfähigkeit: Schützt empfindliche Halbleiterkomponenten vor Feuchtigkeit und Verunreinigungen
  • Hochfrequenz-Leistung: Materialien mit geringem dielektrischen Verlust für 5G- und Radarsysteme

Schlüsselmaterialien in Halbleiter- und Elektronikanwendungen

Wir bei Great Ceramic haben uns verpflichtet, die Anwendung von Hochleistungskeramik in der Halbleiter- und Elektronikindustrie voranzutreiben und unseren Kunden dabei zu helfen, ein noch nie dagewesenes Niveau an Leistung, Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit zu erreichen.

Material Kern-Eigenschaften Typische Anwendungen
Tonerde (Al₂O₃) Kostengünstig, gute Isolierung, mäßige Wärmeleitfähigkeit LED-Substrate, mehrschichtige Gehäuse, keramische PCBs
Aluminiumnitrid (AlN) Hohe Wärmeleitfähigkeit, elektrische Isolierung, WAK-Anpassung an Si Substrate für Leistungsmodule, Wärmespreizer für RF-Geräte
Siliziumnitrid (Si₃N₄) Hohe Bruchzähigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit Wafer-Handling-Arme, Substrate für Leistungselektronik
Siliziumkarbid (SiC) Hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, thermische Stabilität CVD-Kammerkomponenten, Diffusionsofenauskleidungen
Bornitrid (BN) Wärmeleiter + elektrischer Isolator, maschinell bearbeitbar Wärmesenken für RF/Mikrowellengeräte, Schnittstellenschichten
Bearbeitbare Glaskeramik (MGC) Einfache Präzisionsbearbeitung, stabil bis zu 1000°C Prototyping-Teile, Präzisionskomponenten in Kleinserie
ZTA (Zirconiumdioxid gehärtetes Aluminiumoxid) Hohe Verschleißfestigkeit, verbesserte Bruchzähigkeit Präzisionsführungen, Werkzeuge zur Handhabung von Halbleitern

Leistungsvorteile gegenüber Metallen und Kunststoffen

Eigentum Hochleistungskeramik Metalle Kunststoffe
Wärmeleitfähigkeit Hoch (AlN bis zu 260 W/m-K) Mäßig (Cu: ~400 W/m-K) Niedrig (<1 W/m-K)
Elektrische Isolierung Ausgezeichnet (>10¹³ Ω-cm) Schlecht Gut
Korrosionsbeständigkeit Ausgezeichnet Mäßig/schlecht Gut
Stabilität bei hohen Temperaturen Ausgezeichnet (>1000°C) Gut (500-800°C) Schlecht (<200°C)
Abnutzungswiderstand Ausgezeichnet Gut Schlecht

Wichtige Anwendungen

  • AlN-Keramik-Substrate in Leistungsmodule (IGBT, MOSFET) für Elektrofahrzeuge und Systeme für erneuerbare Energien.

  • DBC/AMB-Substrate eine Kombination aus Keramik und Kupferschichten für eine hervorragende Wärmeableitung.

  • LED-Verpackungen: Al₂O₃ für kostengünstige Allgemeinbeleuchtung, AlN für UV- und Hochleistungs-LEDs.

  • 5G RF-Module: Verlustarme Keramiken verringern die Signaldämpfung bei der Hochfrequenzübertragung.

  • Si₃N₄ und SiC für Wafer-Handling-Arme, Ätzkammerkomponenten und CMP-Teile (chemisch-mechanische Planarisierung).

  • BN als Hitzeschilde und Suszeptorauskleidungen in MOCVD-Anlagen.

  • Al₂O₃ für plasmabeständige Düsen und Isolatoren.

  • Die verlängerte Lebensdauer in rauen Prozessumgebungen reduziert die Ausfallzeiten bei der Wartung.

  • LTCC (Low-Temperature Co-Fired Ceramic) Substrate für kompakte RF- und Mikrowellenmodule.

  • MLCC (Multilayer-Keramik-Kondensatoren) auf der Basis von BaTiO₃ zur Filterung und Energiespeicherung.

  • Dielektrische Resonatoren und Antennen für 5G-Basisstationen und Radarsysteme.

  • MGC und ZTA für Waferausrichtungsvorrichtungen und Positionierungswerkzeuge.

  • Kundenspezifische Keramikbearbeitung für hochpräzise Roboterarme in Pick-and-Place-Systemen.

  • Elektrostatische Chuck-Platten (ESC) aus hochreinem Al₂O₃ zur Fixierung von Wafern.

Fertigungskapazitäten für Halbleiterkeramik

Bei Great Ceramic sind wir spezialisiert auf die Maßgeschneiderte Bearbeitung von hochentwickelten Keramikkomponenten. Unsere Präzisionsfertigung stellt sicher, dass jedes Teil die genauen Konstruktionsspezifikationen mit engen Toleranzen und glatten Oberflächen erfüllt. Wir bieten:

  • CNC-Präzisionsbearbeitung mit Toleranzen von bis zu ±0,001 mm.
  • Lasermikrobearbeitung für Microvia und komplexe Geometrien.
  • Metallisierung und Hartlöten für hermetische Versiegelung mit Metallen.
  • Rapid Prototyping für F&E-Komponenten in Kleinserie.
  • Oberflächenbearbeitung (Polieren, Läppen) mit einer Ebenheit im Submikrometerbereich.

Einschlägige Produkte

Unterstützung bei Anwendung und Design

Unterstützung bei Anwendung und Design

Rapid Ceramic Prototyping

Rapid Ceramic Prototyping

Lösungen für die Präzisionskeramikbearbeitung

Bearbeitung von Sonderteilen

Hochleistungskeramische Werkstoffe - Technische Keramik

Fortschrittliche keramische Materialien

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Aluminiumnitrid (AlN) und verlustarmes Aluminiumoxid werden aufgrund ihres geringen dielektrischen Verlusts und ihrer guten Wärmeleitfähigkeit am häufigsten verwendet.

Keramik verbindet eine hohe Wärmeleitfähigkeit mit elektrischer Isolierung, so dass keine separaten Isolierschichten erforderlich sind.

Ja. SiC, Si₃N₄ und hochreines Aluminiumoxid widerstehen Plasmagasen wie CF₄ und Cl₂ für eine längere Betriebsdauer.

MGC sind ideal für die Herstellung von Prototypen und Kleinserien, können aber bei der Massenproduktion durch Hochleistungskeramik ersetzt werden.

AlN hat deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit (bis zu 180 W/m-K), was es für die Wärmeableitung in Leistungsmodule und RF-Geräte.

Ja, bei Hochleistungsanwendungen, bei denen Hitzebeständigkeit, elektrische Isolierung und mechanische Stabilität entscheidend sind, übertreffen Keramiken die Kunststoffe.

Unbedingt. Materialien wie AlN, Al₂O₃, und Si₃N₄ sind in der Waferhandhabung, Verpackung und Substratherstellung weit verbreitet.

Große Keramik

Ihr zuverlässiger Partner für Hochleistungskeramik

Hochleistungskeramik definiert die Halbleiter- und Elektronikindustrie neu und ermöglicht eine höhere Leistungsdichte, ein besseres Wärmemanagement und eine längere Lebensdauer der Geräte.

Great Ceramic bietet Präzisionsbearbeitung, kundenspezifisches Design und Metallisierung an, um die anspruchsvollen Anforderungen Ihrer elektronischen Anwendungen zu erfüllen und kundenspezifische, hochleistungsfähige Keramikkomponenten herzustellen.

Kontakt Heute

Sind Sie bereit, Ihre Keramikentwürfe zum Leben zu erwecken?
Wenden Sie sich an Great Ceramic, um maßgeschneiderte Lösungen für die Keramikbearbeitung zu erhalten, die den höchsten Anforderungen Ihrer Anwendung entsprechen.