Op het gebied van elektronica, halfgeleiders, energieapparaten en geavanceerde verpakkingen is het substraat een cruciaal materiaal dat de chip draagt, voor elektrische verbindingen zorgt en warmteafvoer vergemakkelijkt.Verschillende toepassingen stellen enorm verschillende eisen aan de thermische geleidbaarheid, isolatie, aanpassing van de thermische uitzetting en hoogfrequente prestaties van het substraat.
Hieronder volgen classificaties van reguliere substraatmaterialen en hun typische toepassingen.
Ingedeeld op materiaaltype: 6 reguliere substraten
|
Substraattype |
Representatief materiaal |
Thermische geleidbaarheid (W/m·K) |
Elektrische isolatie |
Typische toepassingen |
|
Organische substraten |
FR-4 (epoxyhars + glasvezel) ABF (Ajinomoto opbouwfilm-) |
0.3–0.5 |
✅ Goed |
•Moederborden voor consumentenelektronica • PCB's voor mobiele telefoons/computers • Verpakkingssubstraten (ABF voor CPU/GPU) |
|
Metalen substraten |
Aluminium-gebaseerd (Al) Op koper-gebaseerd (Cu) |
1–2 (integraal) (Hoge thermische geleidbaarheid van de metalen kern, maar lage isolatielaag) |
Vereist isolatielaag |
• LED-verlichting • Voedingsmodules • Auto-elektronica |
|
Keramische substraten |
Aluminiumoxide (Al₂O₃) Aluminiumnitride (AlN) Siliciumcarbide (SiC) |
24–35 170–220 120–200 (maar meestal geleidend!) |
✅✅ ✅✅✅ ❌ (SiC is een halfgeleider) |
• Vermogensmodules (IGBT) • LED-beugels • RF-apparaten • Sensoren |
|
Direct-gebonden koper (DBC) |
Al₂O₃ + Cu AlN + Cu |
24–35 170–200 |
✅ (Isolatie van keramische laag) |
• Omvormers voor elektrische voertuigen • Fotovoltaïsche omvormers • Industriële motoraandrijvingen |
|
Actief metaalsolderen (AMB) |
AlN + Cu (actief soldeer) |
170–200 |
✅ |
• Hoogwaardige-EV-hoofdaandrijving (800 V-platform) • Spoorvervoer |
|
Silicium/glassubstraat |
Monokristallijn silicium Ultra-dun glas |
150 1.0 |
❌ (Si geleidt elektriciteit) ✅ |
• 2,5D/3D IC-verpakking • Waaier-uit • MEMS |
Gids voor sleutelselectie: afstemmen op behoeften
✅ Vereist "Hoge thermische geleidbaarheid + hoge isolatie" → Kies keramische substraten
Kosten-Effectieve optie: 96% aluminiumoxide (Al₂O₃)
Lage kosten, geschikt voor medium-power-LED's en industriële voedingen
Optie voor hoge prestaties: aluminiumnitride (AlN)
De thermische geleidbaarheid is 6 tot 8 keer groter dan die van Al₂O₃, gebruikt in elektrische voertuigen, 5G-basisstations en lasers
Opmerking: Hoewel siliciumcarbide (SiC) een hoge thermische geleidbaarheid heeft, is het elektrisch geleidend en kan het niet direct als isolatiesubstraat worden gebruikt! Het wordt alleen gebruikt als substraat (niet-verpakkingssubstraat) voor SiC-voedingsapparaten.
✅ Voor “hoge frequentie, laag verlies” → Kies voor speciaal keramiek of glas
LTCC (Low Temperature Co{0}}Cofired Ceramic): Gebruikt in millimeter-golfmodules (5G/radar)
Kwarts/glassubstraten: Stabiele diëlektrische constante, gebruikt in RF MEMS
✅ Voor "lage kosten + groot oppervlak" → Kies voor organische substraten
FR-4: Mainstream in consumentenelektronica
ABF: hoogwaardige- CPU/GPU-verpakking (bijv. Intel, AMD)
✅ Voor "ultieme warmteafvoer + hoge betrouwbaarheid" → Kies voor DBC/AMB
DBC op AlN: gebruikt in Tesla Model 3-omvormers
AMB: Sterkere hechting dan DBC, betere weerstand tegen thermische vermoeidheid
Samenvatting:Er bestaat geen ‘beste’ substraat, alleen het ‘meest geschikte’ substraat.
Consumentenelektronica → Organische substraten (ABF/FR-4)
Vermogenselektronica → Keramische substraten (AlN/Al₂O₃) + DBC/AMB
Hoge-communicatie → LTCC / Glas
Geavanceerde verpakkingen → Silicon Interposer + organische herverdeling
Voor substraatverwerkingsbehoeften,neem dan contact met ons op.Yuchang Laser biedt gratis monsters om te testen.
