Keramiksubstrat-Serie – Keramikbasierte Verpackung
Elektronische Bauteile, die unter extremen Bedingungen wie hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit betrieben werden, können Leistungseinbußen und sogar Beschädigungen erleiden. Daher sind effektive Verpackungsmethoden und die kontinuierliche Verbesserung der Verpackungsmaterialien erforderlich, um die Stabilität elektronischer Bauteile unter anspruchsvollen äußeren Bedingungen zu gewährleisten.
Drei dominante Verpackungsmaterialien
Elektronische Gehäusematerialien lassen sich hinsichtlich ihrer Zusammensetzung hauptsächlich in metallbasierte, keramische und kunststoffbasierte Materialien unterteilen. Keramische Gehäuse bieten großes Potenzial für die hochdichte Verkapselung und zählen zu den hermetischen Gehäusen. Die wichtigsten verwendeten Materialien sind Aluminiumoxid (Al₂O₃), Al₂O₃, Berylliumoxid (BeO) und Mullit. Diese zeichnen sich durch Vorteile wie gute Feuchtigkeitsbeständigkeit, hohe mechanische Festigkeit, niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und hohe Wärmeleitfähigkeit aus.
Bei Metallgehäusen werden hauptsächlich Materialien wie Cu, Al, Mo, W, W/Cu und Mo/Cu-Legierungen verwendet, die eine hohe mechanische Festigkeit und ausgezeichnete Wärmeableitungseigenschaften aufweisen.
Bei Kunststoffverpackungen werden hauptsächlich duroplastische Kunststoffe verwendet, darunter Phenol-, Polyester-, Epoxid- und organische Siliziumkunststoffe, die Vorteile wie niedrige Kosten, geringes Gewicht und gute Isolationsleistung bieten.
Vorteile von Verpackungen auf Keramikbasis
Als gängiges Verpackungsmaterial bietet Keramikverpackung Vorteile gegenüber Kunststoff- und Metallverpackungen:
(1) Niedrige Dielektrizitätskonstante, ausgezeichnetes Hochfrequenzverhalten;
(2) Gute Isolierung und hohe Zuverlässigkeit;
(3) Hohe Festigkeit und gute thermische Stabilität;
(4) Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient und hohe Wärmeleitfähigkeit;
(5) Ausgezeichnete Gasdichtheit und stabile chemische Leistungsfähigkeit;
(6) Gute Feuchtigkeitsbeständigkeit und geringere Anfälligkeit für Mikrorisse.
Vielseitige Keramikverpackung
Keramische Gehäuse gibt es in verschiedenen Ausführungen, um unterschiedlichen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden. Zu den wichtigsten Ausführungen gehören CBAG (Ceranic Ball Grid Array), FC-CBGA (Inverted Ceramic Ball Grid Array), CQFN (Ceran Quad Flat No-Lead Package), CQFP (Ceran Quad Flat Package), CPGA (Ceran Pin Grid Array) sowie verschiedene Keramiksubstrate. Die Gehäuseverfahren und Produkttypen sind vielfältig, um den unterschiedlichen Anforderungen nachgelagerter Anwendungen gerecht zu werden.
Beispielsweise umfassen die wichtigsten Verpackungsverfahren für optische Module bei TOSA und ROSA die TO-Koaxialgehäuse, Butterfly-Gehäuse, COB-Gehäuse und BOX-Gehäuse. TO-Koaxialgehäuse sind meist zylindrisch und zeichnen sich durch geringe Größe, niedrige Kosten und einfache Verarbeitung aus. Sie eignen sich für die Übertragung über kurze Distanzen, weisen jedoch Nachteile wie eine schwierige Wärmeableitung auf. Butterfly-Gehäuse sind hauptsächlich rechteckig und verfügen über eine komplexe Designstruktur, eine große Gehäusefläche und eine gute Wärmeableitung. Sie eignen sich für die Übertragung über lange Distanzen. COB (Chip-on-Board-Gehäuse) verbindet den Chip mit der Leiterplatte und ermöglicht so Miniaturisierung, geringes Gewicht und niedrige Kosten. BOX-Gehäuse sind eine Variante des Butterfly-Gehäuses und werden für die parallele Mehrkanalübertragung eingesetzt. Weitere gängige Verpackungsverfahren sind unter anderem Dual-in-Line-Gehäuse (DIP) und Leadless Chip Carrier (LCC).
Bei keramisch-kupferummantelten Laminaten gibt es hauptsächlich direktplattierte Kupfersubstrate (DPC), direktgebundene Kupfersubstrate (DBC), aktivmetallgelötete Substrate (AM) und die laserbasierte Schnellaktivierungsmetallisierung (LAM). Aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit, Gasdichtheit und Festigkeit bieten keramisch-kupferummantelte Laminate vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise in Leistungshalbleitern (IGBTs), Lasern und LEDs.
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