Substrat céramique AlN

pour électronique de puissanceen nitrure d'aluminium

Substrat et boîtier multilayer en nitrure d'aluminium (AlN) — 170–180 W/m·K, jusqu'à 15 couches de routage internes
Les substrats et boîtiers multilayer AlN de TDK sont conçus pour l'électronique de puissance à wide-band-gap. Ils offrent une densité de puissance accrue, une dissipation thermique optimisée, des empreintes réduites et une fiabilité supérieure en combinant une conductivité thermique élevée, une dilatation thermique compatible avec SiC/GaN/Si et des options avancées de routage et de blindage multilayer.

Céramiques AlN

• Dissipation thermique efficace et excellentes propriétés isolantes
  L'AlN présente une conductivité thermique nettement supérieure à celle d'autres céramiques et matériaux de substrat (≈170–180 W/m·K).
• Réduction des EMI grâce à un blindage intégré
  L'architecture multilayer permet d'intégrer des couches de blindage à l'intérieur du substrat, positionnées là où les émissions sont générées.
• Conception multilayer pour boîtiers et substrats compacts
  Substrats spécifiques client et packaging 3D avec jusqu'à 15 couches de routage internes.

Principaux bénéfices en détail
Dissipation thermique efficace et excellentes propriétés isolantes

• La conductivité thermique élevée (~170–180 W/m·K) permet des empreintes de substrat beaucoup plus petites pour dissiper la même puissance thermique par rapport à Al2O3 ou Si3N4.
• Le coefficient de dilatation thermique est proche de celui du SiC, GaN et Si, assurant des assemblages mécaniques et thermiques stables à long terme.

Réduction des EMI grâce à un blindage intégré

• Les couches de blindage peuvent être routées à l'intérieur du substrat multilayer pour une protection locale au niveau des sources d'EMI.
• Le besoin de filtres externes peut être réduit ou supprimé, diminuant la complexité et le coût du système.

Boîtiers et substrats plus petits et plus compacts

• Le routage multilayer augmente la densité de puissance, minimise l'empreinte et réduit l'inductance de boucle en offrant jusqu'à 15 couches de routage internes.
• Les contacts électriques courts réduisent les parasites et permettent des fréquences de commutation plus élevées, autorisant des composants passifs plus petits et un coût système réduit.

Dissipation thermique et empreinte
L'AlN assure une dispersion thermique très locale autour de la source grâce à sa conductivité thermique élevée. Pour une source et une puissance données, l'AlN permet des empreintes de substrat nettement plus petites que Si3N4 ou Al2O3. Réductions typiques d'empreinte : env. 5× vs Si3N4 et jusqu'à 12× vs Al2O3, réduisant la taille du boîtier, l'inductance de boucle et les efforts de gestion thermique.

Fonctionnalités pour faire évoluer vos électroniques de puissance
Les semi-conducteurs wide-band-gap tirent parti d'un substrat intelligent haute performance. Principales fonctionnalités :

• Couches de blindage — couches internes routées pour supprimer les EMI à la source.
• Inductance parasite minimisée — routage antiparallèle et multilayer pour réduire l'inductance parasite.
• Enceintes de type Faraday intégrées — structures de blindage locales pour lignes de puissance et signaux.
• Intégration de bus bars — implémentations multilayer pour distribution de courant de phase et découplage local.
• Mesure de température intégrée — structures en tungstène ou similaires sous la puce pour une mesure rapide.
• Cavités pour composants intégrés — permettent un placement plus proche des puces/composants, des surfaces supérieures planes et des distances réduites aux cartes de contrôle.
• Vias de puissance — vias cuivrés stratifiés entre faces pour le transfert de courant élevé.
• Approche multisubstrat — empilement de substrats et intégration de cavités pour des voies thermiques supplémentaires et suppression des fils de bond avec des alternatives (ex. brasage argent).

Propriétés matérielles
Céramiques : nitrure d'aluminium (AlN) monocouche ou multilayer
Conductivité thermique à 25 °C : 170–180 W/m⋅K
Limite de contrainte en traction (résistance en flexion) : 450–500 MPa
Module d'Young : 320 GPa
Coefficient de dilatation thermique : 4,7 ppm/K
Constante diélectrique : ≈8,7
Résistance d'isolement @ 500 V (25 °C) : 7,0 × 10^14 Ω
Rigidité diélectrique / tension de claquage : 30 kV/mm
Facteur de perte (tan delta) : 2,0 × 10^-14

Caractéristiques / spécifications techniques

• Conductivité thermique : ≈170–180 W/m⋅K (à 25 °C)
• Limite de contrainte en traction (résistance en flexion) : 450–500 MPa
• Module d'Young : ≈320 GPa
• Coefficient de dilatation thermique : ≈4,7 ppm/K (compatible SiC/GaN/Si)
• Constante diélectrique : ≈8,7
• Résistance d'isolement @500 V (25 °C) : ≈7,0 × 10^14 Ω
• Rigidité diélectrique : ≈30 kV/mm
• Facteur de perte (tan δ) : ≈2,0 × 10^-14
• Routage multilayer : jusqu'à 15 couches de routage internes
• Couches de blindage EMI intégrées et options type cage de Faraday
• Vias de puissance cuivrés pour transfert de courant élevé
• Options pour mesure de température intégrée et cavités pour intégration de composants
• Réduction d'empreinte typique : ~5× vs Si3N4, jusqu'à ~12× vs Al2O3 (pour une même dissipation thermique)