Керамический субстрат AlN

для электроники большой мощностинитрид алюминия

Многослойная подложка и корпус из нитрида алюминия (AlN) — 170–180 W/m·K, до 15 внутренних трассировочных слоев
Многослойные подложки и корпуса AlN от TDK разработаны для силовой электроники на широкозонных полупроводниках и обеспечивают повышенную плотность мощности, улучшенное отведение тепла, уменьшенный размер и повышенную надёжность за счёт сочетания высокой теплопроводности, совместимого коэффициента теплового расширения с SiC/GaN/Si и расширенных возможностей многослойного маршрутизации и экранирования.

Керамика AlN

• Эффективное рассеивание тепла и отличные изоляционные свойства
  AlN имеет значительно более высокую теплопроводность по сравнению со многими керамиками и материалами подложек (≈170–180 W/m·K).
• Снижение эмиссии EMI за счёт встроенного экранирования
  Многослойная архитектура позволяет размещать внутренние слои экранирования непосредственно в подложке в местах генерации помех.
• Многослойная конструкция для компактных корпусов и подложек
  Изделия по заказу и 3D-пакетирование с возможностью до 15 внутренних слоёв трассировки.

Основные преимущества в деталях
Эффективное рассеивание тепла и отличные изоляционные свойства

• Высокая теплопроводность (~170–180 W/m·K) позволяет значительно уменьшить площадь подложки для отвода той же тепловой мощности по сравнению с Al2O3 или Si3N4.
• Коэффициент теплового расширения близок к SiC, GaN и Si, обеспечивая оптимальную механическую и тепловую долговременную прочность соединений.

Снижение EMI за счёт встроенного экранирования

• Слои экранирования могут прокладываться внутри многослойной подложки, обеспечивая локальную защиту в месте генерации EMI.
• Необходимость внешних фильтров может быть снижена или устранена, что уменьшает сложность и стоимость системы.

Меньшие и более компактные корпуса и подложки

• Многослойная трассировка увеличивает плотность мощности, минимизирует площадь и снижает индуктивность петли за счёт использования до 15 внутренних слоёв трассировки.
• Короткие электрические контакты уменьшают паразитные параметры и позволяют работать на более высоких частотах переключения, что даёт возможность использования меньших пассивных компонентов и снижает системную стоимость.

Отведение тепла и площадь
AlN обеспечивает очень локальное распределение тепла от источника благодаря высокой теплопроводности. Для заданного источника и мощности AlN позволяет существенно уменьшить площадь подложки по сравнению с Si3N4 или Al2O3. Типичное снижение площади: примерно 5× по сравнению с Si3N4 и до 12× по сравнению с Al2O3, что уменьшает размер корпуса, индуктивность петли и усилия по тепловому менеджменту.

Функции, выводящие силовую электронику на новый уровень
Широкозонные полупроводники выигрывают от высокопроизводительной «умной» подложки. Ключевые функции включают:

• Слои экранирования — внутренние слои экранирования для подавления EMI у источника.
• Минимизация паразитной индуктивности — антипараллельная и многослойная трассировка минимизируют паразитную индуктивность.
• Встроенные клетки Фарадея — локальные экранирующие структуры для линий питания и сигналов.
• Интеграция шин (bus bars) — многослойные решения для распределения фазного тока и локального развязывания.
• Встроенное измерение температуры — вольфрамовые или аналогичные структуры под кристаллом для быстрого измерения температуры.
• Каверны для встраиваемых компонентов — позволяют плотнее размещать кристаллы/компоненты, обеспечивают плоские верхние поверхности и уменьшают расстояние до управляющих плат.
• Power-vias — медные ламинированные vias между верхним и нижним слоями для передачи больших токов.
• Мультиподложный подход — стековые подложки и интеграция каверн дают дополнительные тепловые пути и позволяют отказаться от бондпроводов при использовании альтернативных соединений (например, серебряная синтеровка).

Свойства материала
Керамика: однослойный или многослойный нитрид алюминия (AlN)
Теплопроводность при 25 °C: 170–180 W/m⋅K
Предел прочности при растяжении (прочность при изгибе): 450–500 MPa
Модуль Юнга: 320 GPa
Коэффициент теплового расширения: 4.7 ppm/K
Диэлектрическая проницаемость: ≈8.7
Сопротивление изоляции @ 500 V (25 °C): 7.0 × 10^14 Ω
Диэлектрическая прочность / напряжение пробоя: 30 kV/mm
Коэффициент потерь (tan delta): 2.0 × 10^-14

Характеристики / технические спецификации

• Теплопроводность: ≈170–180 W/m⋅K (при 25 °C)
• Предел прочности при растяжении (прочность при изгибе): 450–500 MPa
• Модуль Юнга: ≈320 GPa
• Коэффициент теплового расширения: ≈4.7 ppm/K (совместим с SiC/GaN/Si)
• Диэлектрическая проницаемость: ≈8.7
• Сопротивление изоляции @500 V (25 °C): ≈7.0 × 10^14 Ω
• Диэлектрическая прочность: ≈30 kV/mm
• Коэффициент потерь (tan δ): ≈2.0 × 10^-14
• Многослойное маршрутизирование: до 15 внутренних трассировочных слоев
• Встроенные слои EMI-экранирования и опции Faraday-клеток
• Медные ламинированные power-vias для передачи высоких токов
• Опции для встроенного измерения температуры и каверн для встраивания компонентов
• Типичное уменьшение площади: ~5× vs Si3N4, до ~12× vs Al2O3 (для одинакового отвода тепла)