Substrato cerâmico AlN

para eletrônica de potênciade nitreto de alumínio

Substrato e encapsulamento multilayer em nitreto de alumínio (AlN) — 170–180 W/m·K, até 15 camadas de roteamento internas
Os substratos e encapsulamentos multilayer AlN da TDK são concebidos para eletrónica de potência com semicondutores wide-band-gap, oferecendo maior densidade de potência, dissipação térmica melhorada, pegada reduzida e maior fiabilidade através da combinação de elevada condutividade térmica, expansão térmica compatível com SiC/GaN/Si e opções avançadas de roteamento e blindagem multilayer.

Cerâmicas AlN

• Dissipação térmica eficiente e excelentes propriedades isolantes
  O AlN apresenta condutividade térmica muito superior a outras cerâmicas e materiais de substrato (≈170–180 W/m·K).
• Menor radiação EMI devido a blindagem incorporada
  A arquitetura multilayer permite camadas de blindagem internas posicionadas onde as emissões são geradas.
• Design multilayer para pacotes e substratos compactos
  Substratos personalizados e packaging 3D com até 15 camadas de roteamento internas.

Principais benefícios em detalhe
Dissipação térmica eficiente e excelentes propriedades isolantes

• A elevada condutividade térmica (~170–180 W/m·K) permite pegadas de substrato drasticamente menores para dissipar a mesma potência térmica em comparação com Al2O3 ou Si3N4.
• O coeficiente de expansão térmica corresponde de perto ao do SiC, GaN e Si, permitindo ligações mecânicas e térmicas estáveis a longo prazo.

Menor radiação EMI devido a blindagem incorporada

• Camadas de blindagem podem ser roteadas dentro do substrato multilayer para aplicar proteção local onde a EMI é gerada.
• O esforço de filtragem externa pode ser reduzido ou eliminado, diminuindo complexidade e custo do sistema.

Pacotes e substratos menores e mais compactos

• O roteamento multilayer aumenta a densidade de potência, minimiza a pegada e reduz a indutância de loop permitindo até 15 camadas internas de roteamento.
• Contactos elétricos curtos reduzem parasitas e permitem maiores frequências de comutação, possibilitando passivos menores e redução de custo do sistema.

Dissipação térmica e pegada
O AlN proporciona uma propagação de calor muito local a partir da fonte devido à sua elevada condutividade térmica. Para uma dada fonte e potência, o AlN permite pegadas de substrato significativamente menores comparado com Si3N4 ou Al2O3. Reduções típicas de pegada: aprox. 5× vs Si3N4 e até 12× vs Al2O3, reduzindo tamanho do invólucro, indutância de loop e esforço de gestão térmica.

Funcionalidades que elevam a sua eletrónica de potência
Semicondutores wide-band-gap beneficiam de um substrato inteligente de alto desempenho. Principais funcionalidades incluem:

• Camadas de blindagem — camadas internas de blindagem roteadas para suprimir EMI.
• Eliminação da indutância parasita — roteamento antiparalelo e multilayer minimizam indutâncias parasitas.
• Gaiolas de Faraday incorporadas — estruturas de blindagem locais para linhas de potência e sinal.
• Integração de bus bars — implementações multilayer de bus-bar para distribuição de corrente de fase e desacoplamento local.
• Medição de temperatura incorporada — estruturas de tungsténio ou similares sob o die para deteção rápida de temperatura.
• Cavidades para incorporação de componentes — permitem posicionamento mais próximo de dies/componentes, superfícies superiores planas e distâncias reduzidas às placas de controlo.
• Power vias — vias laminadas em cobre entre camadas superior e inferior para transferência de corrente elevada.
• Abordagem multisubstrato — substratos empilhados e integração de cavidades oferecem caminhos térmicos adicionais e permitem remoção de bondwires quando se usam interconexões alternativas (ex.: sinterização de prata).

Propriedades do material
Cerâmicas: nitreto de alumínio (AlN) monocamada ou multilayer
Condutividade térmica a 25 °C: 170–180 W/m⋅K
Limite de tensão à tracção (resistência à flexão): 450–500 MPa
Módulo de Young: 320 GPa
Coeficiente de expansão térmica: 4,7 ppm/K
Constante dielétrica: ≈8,7
Resistência de isolamento @ 500 V (25 °C): 7,0 × 10^14 Ω
Resistência dielétrica / tensão de rutura: 30 kV/mm
Fator de perda (tan delta): 2,0 × 10^-14

Características / especificações técnicas

• Condutividade térmica: ≈170–180 W/m⋅K (a 25 °C)
• Limite de tensão à tracção (resistência à flexão): 450–500 MPa
• Módulo de Young: ≈320 GPa
• Coeficiente de expansão térmica: ≈4,7 ppm/K (compatível com SiC/GaN/Si)
• Constante dielétrica: ≈8,7
• Resistência de isolamento @500 V (25 °C): ≈7,0 × 10^14 Ω
• Resistência dielétrica: ≈30 kV/mm
• Fator de perda (tan δ): ≈2,0 × 10^-14
• Roteamento multilayer: até 15 camadas internas de roteamento
• Camadas de blindagem EMI integradas e opções de gaiola de Faraday
• Power vias laminadas em cobre para transferência de corrente elevada
• Opções para medição de temperatura incorporada e cavidades para incorporação de componentes
• Redução típica de pegada: ~5× vs Si3N4, até ~12× vs Al2O3 (para a mesma dissipação térmica)