High purity aluminum nitride (ALN) is used as the substrate, and the purity is usually greater than or equal to 90%. The common specifications are 92%,96% and 99%. The purity directly affects the thermal conductivity and electrical properties.
Burning agent: such as yttria (YโOโ), calcium oxide (CAO), magnesium oxide (MGO), etc., to reduce the sintering temperature (usually added <5%).
Firing additives: such as silica (SIOโ), optimize grain structure, inhibit grain boundary defects
The manufacturing process of aluminum nitride ceramic substrate can be divided into the following key steps:
Dry pressing: the body is made by high pressure (50-200 MPA), suitable for simple shaped substrates.
Flow forming or injection molding: used to prepare substrates with complex shapes or multi-layer structures.
Surface treatment: grinding and polishing to improve flatness (surface roughness can be as low as RA 0.03-0.05ฮM), grinding to high precision (flatness โค5ฮM)
Metallization: circuit connections are achieved by sputtering (TI/CU/AU), thick film printing (AG-PD) or active metal brazing (AMB technology).
The core performance indexes of aluminum nitride ceramic substrate are as follows:
| function ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย | Values/characteristics ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย | Advantageous scenarios
| heat conductivity ย ย ย ย ย ย ย ย | 160-260 W/ (M ยท K) (96% purity) ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย | Efficient heat dissipation is 5-8 times that of alumina
| Thermal expansion coefficient | 4.0-6.0 x 10โปโถ/โ ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย | Matched with silicon chips to reduce thermal stress
| Insulation strength | 15-20 KV/MM ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย | High pressure environment stability
| Mechanical strength | Bending strength> 400 MPA fracture toughness 3~4 MPAยทMยน/ยฒ ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย | Resistant to mechanical shock and vibration
| High temperature resistance | Long term use temperature>2200โ (inert atmosphere) ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย | Applicability of high temperature environment 600โ
| Dielectric constant | 8.8 (1 MHZ) ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย High frequency signal low loss
Chemical stability | resistant to acid, alkali and molten metal erosion ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย | Applicable to chemical and metallurgical fields
| Resistivity | Volume resistivity>10ยนโด ฮฉยทCM Dielectric constant about 8.5~9 (1MHZ), lower than alumina (9~10) | Suitable for chemical and metallurgical fields
Chemical stability | resistant to acid, alkali and molten metal erosion ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย | Applicable to chemical and metallurgical fields
Chemical stability | resistant to acid, alkali and molten metal erosion ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย | Suitable for chemical and metallurgical fields
High thermal conductivity (170-260 W/ (MยทK)) supports the heat dissipation requirements of high power density devices (IGBT, MOSFET module, SIC module), and the operating temperature can reach more than 300โ.
The thermal expansion coefficient matches the LED chip (such as GAN) to avoid thermal stress cracking; the thermal conductivity is 5-10 times that of alumina, extending the life to more than 50,000 hours.
Low dielectric loss (TANฮ<0.0002), suitable for 5G millimeter wave band and high frequency radar system, microwave circuit substrate, RF filter
High temperature resistant (2000โ non-oxidizing environment), radiation resistant (>100 KGY ฮ ray), lightweight design (density 3.26 G/CMยณ). Engine nozzle, satellite power dissipation components
Engine control module: aluminum nitride ceramic substrate for high power modules in automotive electronics.
Laser diode: Aluminum nitride ceramic substrate is used for laser packaging to improve heat dissipation performance and stability.
| Material | Thermal conductivity [W/ (M ยท K)] | Cost | Typical application scenarios ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย |
| Aluminum nitride | 170~200 ย ย ย ย ย ย ย ย ย | High power laser, 5G RF module |
| Aluminum oxide | 20~30 ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย | Low | Medium low power LED, sensor |
| Silicon nitride | 70~100 ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย | Medium | High temperature, high frequency devices ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย |
Aluminum nitride ceramic substrate is irreplaceable in the following fields:
Precision optics and sensors: infrared window, MEMS ultrasonic transducer.
Aluminum nitride ceramic substrates, with their high thermal conductivity, low thermal expansion, heat resistance, and chemical stability, have become the core material for semiconductor packaging, high-power cooling, and high-frequency devices. Their application advantages in high-value-added fields (such as new energy vehicles and 5G communications) are significant, but they come at a higher cost (about 2 to 3 times that of alumina), making them more suitable for scenarios with stringent performance requirements. With the widespread adoption of third-generation semiconductors (such as GAN and SIC), the demand for aluminum nitride substrates will continue to grow.
High thermal conductivity (170-260 W/ (MยทK)) supports the heat dissipation requirements of high power density devices (IGBT, MOSFET module, SIC module), and the operating temperature can reach more than 300โ.
The thermal expansion coefficient matches the LED chip (such as GAN) to avoid thermal stress cracking; the thermal conductivity is 5-10 times that of alumina, extending the life to more than 50,000 hours.
Low dielectric loss (TANฮ<0.0002), suitable for 5G millimeter wave band and high frequency radar system, microwave circuit substrate, RF filter
High temperature resistant (2000โ non-oxidizing environment), radiation resistant (>100 KGY ฮ ray), lightweight design (density 3.26 G/CMยณ). Engine nozzle, satellite power dissipation components
Engine control module: aluminum nitride ceramic substrate for high power modules in automotive electronics.
Laser diode: Aluminum nitride ceramic substrate is used for laser packaging to improve heat dissipation performance and stability.
Industry application technical index advantages Infrared detector and imaging Mid-wave infrared response:...
Industrial application of aluminum arsenide materials High temperature electronic devices High temperature...
Industry applications Solar cells High photoelectric conversion efficiency: the highest efficiency in...
Application scenarios of gallium nitride materials Power electronics Power devices: Gallium nitride field-effect...
Core application areas of indium phosphide Optical communication and laser technology 1550 NM laser:...
Advantages of application technical indicators Technical performance Through ion implantation or diffusion...
Application scenario advantages Semiconductor devices: used to manufacture power devices such as MOSFET...
Apply technical advantages Photovoltaic field: โฆ Conversion efficiency 15%-22% (PERC technology), cost...
Application advantages Photovoltaic field: conversion efficiency of 24% (polysilicon only 18-20%), combined...
Industry applications High frequency communication and 5G/6G RF power amplifier: used in 5G base stations...
Supports advanced nodes such as [5-22nm FinFET/BCD/GAA] to meet the needs of high-performance computing (HPC), AI chips, etc.
MPW (Multi-Project Wafer) Service: Small batch trial production to reduce customers' initial costs. Customized process development: Cooperate with customers to conduct DTCO (Design-Process Co-Optimization), customize design rules and process parameters.
We support the joint solution of "wafer foundry + advanced packaging" (such as 3D IC, heterogeneous integration) to avoid the loss of multi-supplier collaboration. Unlike pure foundries, we verify the process stability through mass production of our own chips to reduce the risk of tape-out for you.
Electronic manufacturing services and printed circuit board assembly.
EMS provides a wide range of electronic manufacturing services, including everything from circuit board design to supply chain management to assembly, testing and after-sales support.
PCBA is a link in EMS that focuses on the assembly of printed circuit boards, covering component placement, soldering and related testing, connecting electronic components to manufactured printed circuit boards.
Title: Semiconductor manufacturing processes Objective: To have a certain foundation for the overall...