Substrato ceramico di allumina al 99,6%: la base termica definitiva per diodi laser ad alta potenza
Il substrato ceramico di allumina al 99,6% di Puwei è progettato specificamente per soddisfare le esigenze termiche, meccaniche ed elettriche estreme delle applicazioni optoelettroniche ad alta potenza. Realizzato in ossido di alluminio (Al₂O₃) ad altissima purezza (>99,6%), questo substrato offre un'eccezionale dissipazione del calore, un eccezionale isolamento elettrico e una robusta stabilità meccanica. Funge da base critica e ad alte prestazioni per il montaggio di componenti microelettronici ad alta potenza come i diodi laser, garantendo un funzionamento affidabile, una durata di vita estesa e la massima efficienza nei sistemi esigenti.
Perché l'allumina al 99,6% è lo standard di riferimento per il montaggio di diodi laser ad alta potenza
- Gestione termica ottimale (elevata conduttività termica): allontana in modo efficiente il calore dalla giunzione del diodo laser, prevenendo instabilità termica, spostamento della lunghezza d'onda e guasti catastrofici, massimizzando così la potenza di uscita e la longevità del dispositivo.
- Isolamento elettrico superiore e prestazioni ad alta frequenza: eccellenti proprietà dielettriche (resistività ad alto volume, tangente a bassa perdita) forniscono un isolamento affidabile, rendendolo ideale per dispositivi di potenza e garantendo un funzionamento stabile nei circuiti RF e nelle applicazioni a microonde .
- Eccezionale resistenza meccanica e stabilità dimensionale: l'elevata durezza e resistenza alla flessione prevengono deformazioni o crepe sotto stress termico e carico meccanico, garantendo un allineamento preciso dei componenti ottici per tutta la durata del prodotto.
- Eccellente resistenza chimica e al plasma: inerte alla maggior parte delle sostanze chimiche e resistente all'erosione del plasma, lo rende adatto ad ambienti di produzione difficili (ad esempio, lavorazione di semiconduttori) e condizioni di utilizzo finale impegnative.
- Qualità superficiale superiore per incollaggi di precisione: può essere lavorato per ottenere una superficie molto liscia e piatta (basso Ra), fondamentale per un fissaggio del die di alta qualità (legame epossidico, di saldatura o eutettico) di barre e chip di diodi laser sensibili.
- Affidabilità comprovata ed efficienza dei costi: offre il miglior equilibrio tra prestazioni e costi per applicazioni ad alta potenza rispetto alle ceramiche più esotiche, fornendo una soluzione affidabile ed economica per la produzione in serie.
Specifiche tecniche e proprietà dei materiali
I nostri substrati di allumina al 99,6% sono caratterizzati da proprietà precise e coerenti cruciali per una progettazione affidabile di sistemi optoelettronici.
Proprietà materiali e fisiche primarie
- Composizione del materiale: > 99,6% ossido di alluminio (Al₂O₃)
- Densità: 3,90 - 3,98 g/cm³
- Colore: Bianco/Avorio
- Assorbimento d'acqua: 0% (completamente denso)
- Resistenza alla flessione (flessione a 3 punti): 350 - 450 MPa
- Resistenza alla compressione: > 2500 MPa
- Durezza (Vickers): > 1500 HV (≈ 9 Mohs)
- Resistenza alla frattura (K1C): ~ 4 MPa·m¹/²
Proprietà termiche
- Conducibilità termica: 25 - 30 W/(m·K) a 25°C
- Coefficiente di dilatazione termica (CTE): 7,0 - 7,5 x 10⁻⁶/°C (25-300°C)
- Temperatura massima di utilizzo continuo: 1600°C
- Resistenza allo shock termico (ΔT): eccellente (specifica del materiale, alta)
- Capacità termica specifica: ~ 880 J/(kg·K)
Proprietà elettriche
- Resistività del volume: > 10¹⁴ Ω·cm @ 25°C; > 10¹¹ Ω·cm a 500°C
- Costante dielettrica (εr): 9,5 - 9,8 @ 1 MHz, 25°C
- Tangente della perdita dielettrica (tan δ): < 0,0002 a 1 MHz
- Rigidità dielettrica (tensione di rottura): > 15 kV/mm
Il vantaggio dell'allumina al 99,6%: prestazioni contro purezza
La purezza del 99,6% rappresenta un significativo salto di prestazioni rispetto all'allumina standard al 96%. Il ridotto contenuto di impurità (principalmente silice e altri ossidi) porta a:
- Maggiore conduttività termica: trasporto fononico più efficiente per una migliore dissipazione del calore.
- Resistenza meccanica migliorata: meno difetti ai bordi dei grani si traducono in una maggiore resistenza alla flessione e alla compressione.
- Proprietà elettriche superiori: minore perdita dielettrica e maggiore resistività di volume, soprattutto a temperature elevate.
- Migliore finitura superficiale: capacità di ottenere una superficie più liscia e priva di difetti dopo la lucidatura, fondamentale per l'incollaggio.
- Maggiore purezza chimica: ridotto rischio di contaminazione nei processi sensibili, che lo rende adatto per imballaggi microelettronici avanzati.
Scenari applicativi primari
1. Diodi laser ad alta potenza e laser a stato solido pompati a diodi (DPSSL)
L'applicazione principale. Utilizzato come substrato di montaggio per diodi laser a emettitore singolo, barre di diodi e pile in taglio/saldatura industriale, estetica medica, pompaggio laser a fibra e sistemi LiDAR. La sua gestione termica è fondamentale per mantenere la qualità del raggio e la stabilità della potenza.
2. LED ad alta luminosità e illuminazione a stato solido
Serve come supporto secondario ad alta conduttività termica o base del pacchetto per chip LED ad alta potenza nei fari automobilistici, proiettori e illuminazione industriale. Trasferisce in modo efficiente il calore dalla giunzione del LED al dissipatore di calore, prevenendo il deprezzamento dei lumen e lo spostamento del colore.
3. Elettronica di potenza RF e microonde
Utilizzato come substrato isolante per componenti a microonde come transistor e amplificatori di potenza RF. Le sue eccellenti proprietà dielettriche ad alta frequenza e la buona conduttività termica lo rendono adatto per moduli ad alta frequenza nelle telecomunicazioni e nei radar.
4. Microelettronica ibrida avanzata e moduli di potenza
Funziona come una robusta piastra di base per microcircuiti ibridi a film spesso e microcircuiti ibridi , fornendo isolamento elettrico e una piattaforma stabile per resistori serigrafati, conduttori e CHIP CERAMICI collegati nei controlli aerospaziali, medici e industriali.
5. Confezione del sensore ed elettronica per alte temperature
Fornisce una piattaforma stabile e isolante per l'imballaggio dei sensori , in particolare per sensori di pressione, temperatura e gas ad alta temperatura. La sua inerzia chimica e la stabilità termica sono vantaggi chiave.
Linee guida per l'integrazione e il montaggio dei diodi laser
Una corretta integrazione è fondamentale per sfruttare al massimo le prestazioni del diodo laser e del substrato di allumina. Segui questi passaggi generali:
- Preparazione e pulizia del substrato:
- Pulire accuratamente il substrato utilizzando bagni sequenziali di acetone, alcol isopropilico (IPA) e acqua deionizzata in un pulitore a ultrasuoni per rimuovere la contaminazione organica e particellare.
- Per la massima affidabilità (ad esempio, in confezioni sigillate ermeticamente), eseguire la pulizia con plasma di ossigeno per ottenere un'energia superficiale perfetta per l'incollaggio.
- Metallizzazione (se richiesta):
- Se è necessaria la saldatura o la brasatura diretta, la superficie del substrato potrebbe richiedere la metallizzazione. Puwei può fornire substrati con strati metallici preapplicati a film sottile o a film spesso (ad esempio Ti/Pt/Au, Mo/Mn cotti con placcatura Ni/Au).
- Selezione del metodo di attacco dello stampo:
- Adesivo epossidico: utilizzare resine epossidiche ad alta conduttività termica, elettricamente isolanti o conduttive. Garantire una copertura uniforme e uno spessore minimo della linea di adesione.
- Saldatura dolce (ad es. In, SnPb, SnAgCu): fornisce una buona conduttività termica ed elettrica. Utilizzare il flusso appropriato per l'applicazione e garantire un riflusso completo.
- Saldatura dura/legame eutettico (ad es. AuSn, AuSi): offre la massima conduttività termica e resistenza meccanica, essenziali per i dispositivi ad alta potenza. Richiede un controllo preciso della temperatura e spesso un'atmosfera di gas in formazione.
- Processo di incollaggio: utilizzare un bonder di precisione per posizionare il chip del diodo laser sul substrato con un allineamento accurato. Applicare il materiale legante scelto e polimerizzare/saldare in base al profilo di processo specifico.
- Collegamento del filo e assemblaggio finale: collega i collegamenti elettrici dal diodo ai cuscinetti del substrato o ai conduttori esterni utilizzando il collegamento del filo in oro o alluminio.
- Interfaccia termica al dissipatore di calore: fissare il substrato assemblato al dissipatore di calore del sistema utilizzando grasso termico, cuscinetti termicamente conduttivi o uno strato di saldatura/brasatura per una resistenza termica minima.
Personalizzazione e servizi OEM/ODM
Puwei è specializzata nella personalizzazione di substrati di allumina al 99,6% in base ai vostri esatti requisiti meccanici, termici ed elettrici.
I parametri di personalizzazione includono:
- Dimensioni e geometria: qualsiasi dimensione, dai chip in miniatura alle piastre di grandi dimensioni. Forme personalizzate, fori, fessure e profili dei bordi lavorati con tolleranze strette (±0,01 mm ottenibili).
- Spessore: da 0,1 mm (wafer sottili) fino a diversi millimetri.
- Finitura superficiale: come cotto, rettificato, lappato o lucidato secondo la ruvidità superficiale specifica (Ra). Finiture lucide fino a Ra < 0,05 μm per crescita epitassiale o superfici di incollaggio ultralisce.
- Metallizzazione: modello di metallizzazione completamente personalizzato (lato anteriore/posteriore, vie) utilizzando processi a film spesso (serigrafato) o a film sottile (spruzzato/evaporato) con vari metalli (Au, Ag, Pt, Ni, Cu).
- Co-combustione e strutture multistrato: capacità di produrre complessi substrati multistrato Al₂O₃ con conduttori sepolti per imballaggi elettronici avanzati.
Processo di produzione e garanzia di qualità
Il nostro processo di produzione è progettato per garantire la massima purezza, densità e precisione dimensionale.
- Selezione e macinazione delle materie prime: la polvere di Al₂O₃ ultrafine e di elevata purezza (>99,6%) viene selezionata e macinata per ottenere una distribuzione uniforme delle dimensioni delle particelle submicroniche.
- Formatura: la polvere viene modellata nella forma desiderata utilizzando tecniche avanzate come la colata su nastro (per substrati sottili e piatti), pressatura a secco o pressatura isostatica.
- Deceraggio e sinterizzazione: la parte "verde" viene sottoposta a cicli termici controllati per rimuovere i leganti organici, seguiti da sinterizzazione ad alta temperatura (>1600°C) in aria per raggiungere >99% della densità teorica.
- Lavorazione di precisione: i pezzi grezzi sinterizzati vengono lavorati alle dimensioni finali utilizzando utensili diamantati (molatura CNC, cubettatura, foratura). Questo passaggio consente di ottenere le tolleranze strette e le finiture superficiali richieste.
- Metallizzazione (se specificata): gli strati metallici vengono applicati e modellati utilizzando la serigrafia (pellicola spessa) o la deposizione sotto vuoto (pellicola sottile) seguita da fotolitografia e incisione.
- Ispezione e test finali:
- Ispezione visiva al 100% per difetti.
- Verifica dimensionale mediante comparatori ottici, CMM e scanner laser.
- Test a campione per le principali proprietà dei materiali (densità, resistenza) e proprietà elettriche.
Certificazioni, conformità e affidabilità
Puwei si impegna a fornire prodotti che soddisfino i più elevati standard di qualità e affidabilità per i mercati globali.
- Sistema di Gestione della Qualità: Certificato ISO 9001:2015.
- Conformità dei materiali: tutti i materiali sono conformi alle direttive RoHS e REACH.
- Controllo del processo: controllo statistico del processo (SPC) implementato per i parametri critici per garantire la coerenza tra batch.
- Tracciabilità: tracciabilità completa dei materiali e dei processi per ogni lotto di produzione.
- Dati di affidabilità: possiamo fornire o supportare test di affidabilità specifici dell'applicazione (cicli termici, conservazione ad alta temperatura) su richiesta.
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