Substrats d'alumine pour emballage électronique

Avec le développement rapide des communications mobiles de cinquième génération (5G), de l'Internet des objets et de l'électronique de puissance, les composants électroniques évoluent vers la miniaturisation, une intégration élevée, ainsi que des fréquences et des vitesses élevées. Cela impose des exigences plus élevées en matière de gestion thermique, de fiabilité de l'isolation et d'intégrité du signal dans les matériaux de conditionnement des circuits. Les céramiques d'alumine, avec leur résistance mécanique élevée, leurs excellentes propriétés d'isolation, leur bonne conductivité thermique (environ 20-30 W/(m·K)), leur faible perte diélectrique et leur résistance aux chocs thermiques et leur stabilité chimique exceptionnelles, sont devenues un matériau fondamental irremplaçable et essentiel dans l'emballage électronique. Associés à leur grande disponibilité de matières premières, à leur coût relativement faible et à leurs processus de fabrication matures,substrats en céramique d'aluminejouent un rôle essentiel dans un large éventail d’applications, notamment l’aérospatiale, les véhicules à énergies nouvelles, le contrôle industriel et l’électronique grand public.

L'alumine (Al₂O₃) existe sous diverses formes isomorphes, notamment α-Al₂O₃, β-Al₂O₃ et γ-Al₂O₃. L'α-Al₂O₃ (structure corindon) est le plus stable. Son système cristallin appartient au système trigonal, avec des ions oxygène disposés selon un motif hexagonal serré et des ions aluminium remplissant les deux tiers des vides octaédriques, formant une structure dense et stable avec une force de liaison élevée. Cette structure confère à l'α-Al₂O₃ une dureté élevée (dureté Mohs 9), un point de fusion élevé (environ 2 050 °C), une excellente inertie chimique et des propriétés diélectriques, ce qui en fait un choix privilégié pour la fabrication de substrats céramiques hautes performances.

Sur la base de la pureté de l'alumine, les céramiques courantes sont classées comme suit : porcelaine de corindon (Al₂O₃ ≥ 99 %), 99 % de porcelaine, 95 % de porcelaine et 90 % de porcelaine. La porcelaine à haute teneur en alumine est généralement définie comme contenant plus de 85 % d'Al₂O₃. À mesure que la pureté de l’Al₂O₃ augmente, les propriétés mécaniques, thermiques et électriques de la céramique s’améliorent considérablement. Par exemple, les propriétés typiques des céramiques à 99,5 % d'alumine comprennent une densité apparente d'environ 3,95 g/cm³, une résistance à la flexion de 395 MPa, un coefficient de dilatation linéaire (25-800°C) de 8,1 × 10⁻⁶/°C, une conductivité thermique de 32 W/(m·K), une rigidité diélectrique de 18 kV/mm et une résistivité volumique (à 25°C) dépassant 10¹⁴ Ω·cm. Ces propriétés les rendent idéales pour les applications d'emballage électronique nécessitant une puissance élevée, une isolation élevée et des températures élevées.

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