Keramikplatte

AluminiumoxidSiliziumnitridAluminiumnitrid

Im Gegensatz zu Einfunktionsgeräten, die mit herkömmlichen Herstellungsverfahren gefertigt werden, handelt es sich bei mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) um ein steuerbares elektromechanisches Gerätesystem in Mikrogröße, das mikromechanische Strukturen, Sensoren, Aktoren und elektronische Komponenten integriert. Diese Art von Produkten hat zahlreiche Vorteile, darunter geringe Größe, geringes Gewicht, niedrige Kosten, niedriger Stromverbrauch, hohe Zuverlässigkeit, Massenproduzierbarkeit, einfache Integration und intelligente Implementierung. Das bedeutet auch, dass die Verkapselung nicht nur die internen mikroelektronischen Komponenten vor äußeren Verunreinigungen schützen muss, sondern auch eine stabile und kontrollierbare physikalische Umgebung für die interne Struktur bietet. Die verschiedenen Arten von MEMS-Produkten haben alle ihre eigenen einzigartigen Herstellungsverfahren und spezifischen Gehäuseformen. Keramikgehäuse bieten aufgrund ihrer ausgezeichneten Luftdichtigkeit, ihrer hervorragenden thermisch-mechanischen Eigenschaften, ihrer Isolierung und ihrer thermischen Stabilität im Allgemeinen eine bessere Gesamtleistung für den Schutz der langfristigen Zuverlässigkeit im Vergleich zu Metall- oder Kunststoffgehäusen. Häufig verwendete keramische Verpackungsmaterialien und EigenschaftenAluminiumoxid (Al₂O₃): Kostengünstig, hervorragende Isolationseigenschaften, wird häufig für Sensorsubstrate und Gehäuseteile verwendet. Dies ist das am weitesten verbreitete und technologisch ausgereifte keramische Verpackungsmaterial. Seine Vorteile liegen in der hervorragenden Gesamtleistung und den relativ niedrigen Herstellungskosten. Sein hoher spezifischer Widerstand (bis zu 10¹⁴ Ω-cm) und seine hohe Durchschlagfestigkeit sorgen außerdem für hervorragende elektrische Isolationseigenschaften. Seine Wärmeleitfähigkeit ist jedoch relativ geringer als die von Aluminiumnitrid und es eignet sich nicht für Szenarien mit extrem hoher Leistungsdichte.Aluminiumnitrid (AlN): Hohe Wärmeleitfähigkeit, geeignet für die Wärmeableitung von MEMS-Geräten mit hoher Leistung. Seine Wärmeleitfähigkeit kann 170-200 W/m-K erreichen, was um ein Vielfaches höher ist als die von Aluminiumoxid. Der Wärmeausdehnungskoeffizient kommt dem von Siliziumchips sehr nahe. Dadurch kann die thermische Belastung, die durch das Gehäuse auf dem Chip bei Temperaturschwankungen entsteht, erheblich reduziert werden, was die Lebensdauer und Stabilität des Geräts in rauen Temperaturumgebungen erhöht. Daher wird es häufig für die Verpackung von Hochleistungs-LEDs, Lidar-Systemen, Hochleistungs-Computerchips und MEMS-Sensoren auf taktischer Ebene verwendet.Siliziumnitrid (Si₃N₄): Hohe Festigkeit und chemische Beständigkeit, geeignet für MEMS in rauen Umgebungen. Der Vorteil liegt in seinen herausragenden umfassenden mechanischen Eigenschaften, insbesondere in seiner extrem hohen Bruch- und Biegefestigkeit, die empfindlichen MEMS-Strukturen einen unvergleichlichen Schutz vor Stößen und Vibrationen bieten. Allerdings sind seine Herstellungskosten höher als die von Aluminiumoxid. Es wird in der Regel in Szenarien eingesetzt, in denen extrem hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit und mechanische Festigkeit gestellt werden, und nicht in der kostensensiblen Unterhaltungselektronik. Formen und Verfahren der keramischen VerpackungGebrannte Keramik (LTCC/HTCC): Geeignet für die Massenproduktion und für die integrierte Verdrahtung. Bei diesem Verfahren werden mehrere Schichten aus Rohporzellan mit Metallschaltkreisen kombiniert und gleichzeitig bei hoher Temperatur gebrannt, wodurch eine luftdichte Baugruppe mit komplexen dreidimensionalen Verbindungsstrukturen entsteht. Es erleichtert nicht nur die Massenproduktion zur Kostensenkung, sondern ermöglicht auch eine Verdrahtung mit hoher Dichte und die Einbettung passiver Komponenten (Widerstände, Kondensatoren, Induktoren), wodurch der Integrations- und Miniaturisierungsgrad von MEMS-Bauelementen erhöht wird.Hermetische Verpackung: Basierend auf einem Keramiksubstrat wird durch Metallisierung und Glaslöten/Laserschweißen eine langfristige Stabilität erreicht. Diese Struktur ist der Schlüssel zur Gewährleistung der langfristigen Zuverlässigkeit von MEMS-Bauteilen (z. B. Gyroskope, Resonatoren). Sie wird auf einem Keramiksubstrat metallisiert, um einen Dichtungsring zu bilden, der dann durch Glaslöten oder Laserschweißen mit der Abdeckplatte verschmolzen wird, wodurch eine interne Inert- oder Vakuumumgebung geschaffen wird, die Feuchtigkeit und Verunreinigungen isolieren kann und die stabile Leistung empfindlicher Mikrostrukturen über einen langen Zeitraum hinweg sicherstellt.Mikrokanal-Keramikgehäuse: Integriertes Kanaldesign für Flüssigkeits-MEMS und Gassensoren. Mit Hilfe von Präzisionsverfahren wie Laserablation und Lösungsbeschichtung werden mikrofluidische Kanäle direkt im Keramiksubstrat hergestellt. Dieser Verkapselungsprozess ist für die Realisierung von funktionalen MEMS-Bauteilen wie mikrofluidischen Reglern, Biochips und Gassensoren unerlässlich, da er eine kontrollierte Interaktion zwischen der Arbeitsflüssigkeit und dem Sensorchip ermöglicht. AnwendungsbeispieleMEMS-Gyroskop und Beschleunigungsmesser: Einsatz in der Luft- und Raumfahrt und beim autonomen Fahren. Der Trägheitssensor erfordert, dass sich der interne Mikromassenblock in einer Vakuumumgebung bewegt, um den Einfluss der Luftdämpfung auf die Signalempfindlichkeit zu vermeiden, wodurch eine extrem hohe Erfassungsgenauigkeit erreicht wird. Die keramische Gasdichtung gewährleistet die langfristige Stabilität der internen Vakuumumgebung und ist die Lebensader, die seine hohe Präzision und Zuverlässigkeit garantiert.MEMS-Drucksensor: Einsatz im Motorraum von Kraftfahrzeugen und zur Überwachung von Ölquellen. In extremen Umgebungen wie hohen Temperaturen, hohem Druck und korrosiven Medien kann das keramische Gehäuse als mechanische Isolierschicht dienen, die verhindert, dass externe Belastungen direkt auf die empfindlichen Siliziumchips einwirken. Gleichzeitig ermöglicht ihre korrosionsbeständige Eigenschaft den direkten Kontakt mit rauen Medien, was die Genauigkeit der Signalausgabe gewährleistet.RF MEMS-Schalter und -Filter: Für 5G/6G-Kommunikation und Radarsysteme. Diese Geräte sind extrem empfindlich gegenüber Hochfrequenzsignalen und erfordern eine stabile Arbeitsumgebung. Eine unsachgemäße Verpackung kann den Q-Wert und die Einfügungsdämpfung der Geräte erheblich beeinträchtigen. Keramikgehäuse (z. B. LTCC) bieten verlustarme Übertragungspfade, hervorragende Wärmemanagementfähigkeiten und ermöglichen die Einbettung mehrerer passiver Komponenten (z. B. Induktoren und Kondensatoren) auf dem Substrat, was die Miniaturisierung des Gehäuses auf Systemebene erleichtert. Das keramische Packaging in MEMS-Systemen ist weit mehr als nur eine einfache Schutzhülle. Es spielt eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung der langfristigen Stabilität und Zuverlässigkeit der Geräte in rauen Umgebungen und kann eine hochwertige interne Umgebung für MEMS-Geräte schaffen, um zu überleben und zu funktionieren.Hauptmerkmale / Technische Daten:Ausgezeichnete Luftdichtheit und thermisch-mechanische EigenschaftenHohe Isolierung und thermische StabilitätMaterialien: Aluminiumoxid (Al₂O₃), Aluminiumnitrid (AlN), Siliziumnitrid (Si₃N₄)Mitgebrannte Keramik (LTCC/HTCC) für Massenproduktion und IntegrationHermetisches Gehäuse mit Metallisierung und Glaslöten/LaserschweißenMikrokanal-Keramikgehäuse für Fluid-MEMS und GassensorenAnwendungen: Luft- und Raumfahrt, Automobil, Ölquellenüberwachung, 5G/6G-Kommunikation, Radarsysteme