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Anorganisch Al₂O₃ / AlN

Keramik

Kein Laminat, sondern eine gebrannte anorganische Platte mit metallisierter Schaltung. Wo organische Materialien aufgeben — 500 °C, extreme Leistungsdichte, ein CTE, der zu nacktem Silizium passen muss — ist Keramik meist die einzige verbleibende Option.

Auf einen Blick
Substrate Al₂O₃ / AlN
Wärmeleitfähigkeit Al₂O₃ 24 · AlN ≥ 170 W/mK
CTE 6 – 7 ppm/K
Einsatztemp. > 500 °C
Dk (1 MHz) 9 – 10

Zwei Substrate dominieren. Aluminiumoxid (Al₂O₃) ist das Arbeitspferd — 24 W/mK, preiswert, mechanisch fest. Aluminiumnitrid (AlN) leitet Wärme mit 170 W/mK und mehr, nahe an metallischem Aluminium, und kostet ein Vielfaches. Der Metallisierungsweg zählt ebenso viel wie das Substrat: DBC bondet dickes Kupfer direkt für Leistungsanwendungen, Dickschicht druckt und brennt Leitpasten, Dünnschicht sputtert und ätzt für feinste Strukturen und engste Toleranzen.

Was von FR-4 Kommende regelmäßig überrascht, ist das mechanische Verhalten. Keramik ist hart, hervorragend maßhaltig und vollkommen spröde. Sie lässt sich nicht fräsen, nicht konventionell bohren und überhaupt nicht biegen. Die Kontur wird gelasert oder geritzt und gebrochen — die Form muss also früh feststehen. Eine späte Konturänderung ist ein neues Werkzeug, keine CAM-Korrektur.

Was die Linie leistet

[ Überblick ]
01

Thermik, die kein organisches Material erreicht

AlN bewegt mit 170 W/mK und mehr Wärme wie Metall und isoliert dabei elektrisch. Bei hoher Leistungsdichte gibt es oft keine Alternative.

02

CTE passend zum Halbleiter

6 – 7 ppm/K liegen nahe an Silizium und Keramikgehäusen, sodass Chips direkt aufgebracht werden können, ohne die Scherbelastung eines organischen Substrats.

03

Stabil bei extremer Temperatur

Dauereinsatz über 500 °C, ohne Harz, das erweichen, ausgasen oder degradieren könnte. Bohrloch-, Luftfahrt- und Ofenelektronik landen hier.

Fertigungsgrenzen

[ Datenblatt ]

Dickschicht und DBC sind zwei getrennte Prozesse mit getrennten Grenzwerten. Sie sind weder untereinander austauschbar noch mit den FR-4- und HDI-Werten an anderer Stelle dieser Website.

Parameter Dickschicht DBC
Max. Lagenanzahl 10 2
Max. Leiterplattendicke 6,0 mm 2,4 mm
Max. Leiterplattengröße 200 × 200 mm 138 × 178 mm
Min. Leiterplattengröße 10 × 10 mm 10 × 10 mm
Min. Leiterbahn / Abstand 0,25 / 0,25 mm 0,25 / 0,25 mm
Min. Bohrung 0,10 mm 0,10 mm
Aspect Ratio 8 : 1 8 : 1
Durchschlagfestigkeit ≥ 15 kV/mm ≥ 15 kV/mm
Oberfläche AgPd, AuPd Vernickelung, ENIG

Verifizierte Fertigungsgrenzen für Keramik. Verbindliche Werte bestätigen wir projektbezogen anhand Ihrer Daten.

Keramiksubstrate

[ Spezifikation ]
Eigenschaft Al₂O₃ AlN Hinweis
Wärmeleitfähigkeit 24 W/mK ≥ 170 W/mK AlN nähert sich metallischem Aluminium
CTE 6,5 – 7,5 ppm/K 4,5 ppm/K AlN liegt am nächsten an nacktem Silizium
Dk (1 MHz) 9,5 – 10 8,5 – 9 Hoch — Leitergeometrie weicht stark von FR-4 ab
Df < 0,001 < 0,001 Ausgezeichnet, bis in den Millimeterwellenbereich
Biegefestigkeit 350 – 400 MPa 300 – 350 MPa Fest, aber spröde — keine plastische Verformung
Substratdicke 0,25 – 1,0 mm 0,25 – 1,0 mm 0,635 mm ist der übliche Standard
Metallisierung DBC / Dick- / Dünnschicht DBC / Dünnschicht Nach Strukturgröße und Strom gewählt
Min. Leiterbahn / Abstand 0,25 / 0,25 mm 0,25 / 0,25 mm Dickschicht und DBC — siehe Fertigungsgrenzen

Richtwerte zur Vorauswahl. Verbindliche Werte bestätigen wir projektbezogen anhand Ihrer Daten.

Typische Anwendungen

[ Einsatz ]
IGBT- und SiC-Leistungsmodule
HF- und Mikrowellen-Leistungsverstärker
Submounts für Laserdioden
Bohrloch- und Luftfahrtmesstechnik
Hochtemperatur-Sensorfrontends
LED-Packages bei extremer Leistungsdichte

Designregeln

[ Layout ]

Die folgenden Punkte kommen nach der Datenprüfung am häufigsten als Rückfrage zurück. Wer sie vor dem Layout-Freeze klärt, spart eine Schleife.

01

Kontur früh festlegen

Keramik wird gelasert oder geritzt, nicht gefräst. Eine späte Konturänderung bedeutet neues Werkzeug und einen neuen Musterzyklus — betrachten Sie die Form als eingefroren, sobald Muster bestellt sind.

02

Für hohe Dielektrizitätszahl auslegen

Dk um 9 – 10 gegen 4,5 bei FR-4 heißt: eine 50-Ω-Leitung auf Keramik ist weit schmaler als gewohnt. Übernehmen Sie keine Leiterbahnbreiten aus einem FR-4-Design.

03

Scharfe Innenecken vermeiden

Sprödes Material konzentriert Spannung an Kerben. Verrunden Sie Innenecken und halten Sie Ausschnitte von Befestigungspunkten fern, die angezogen werden.

04

Befestigung für ein starres Teil planen

Keramik gleicht eine unebene Montagefläche nicht durch Verformung aus — sie bricht. Spezifizieren Sie die Ebenheit des Kühlkörpers und verwenden Sie nachgiebige Befestigungselemente.

Designhinweis Keramik ist spröde und nicht fräsbar — die Kontur wird gelasert oder geritzt. Formen früh festlegen.

Häufige Fragen

[ FAQ ]
Al₂O₃ oder AlN?

Beginnen Sie mit Al₂O₃ — es deckt die meisten HF- und mittleren Leistungsanwendungen zu einem Bruchteil des Preises ab. Wechseln Sie zu AlN, wenn die thermische Rechnung wirklich 170 W/mK und mehr verlangt oder der CTE eng an nacktes Silizium muss.

Sind Durchkontaktierungen möglich?

Ja, lasergebohrt und mit Leitpaste gefüllt, aber teuer und mit größerem Mindestdurchmesser als auf FR-4. Designs mit wenigen Vias sind deutlich günstiger.

Was deckt der Aufpreis von 200 % ab?

Das Substrat selbst, den Metallisierungsprozess, deutlich geringere Nutzenausbeuten wegen der kleinen Platten und das Werkzeug zum Lasern der Kontur. Das ist kein einzelner Kostentreiber, sondern vier.

Lohnt es sich für eine normale HF-Platine?

Meist nicht. Ein Hybridaufbau mit HF-Laminat nur auf den kritischen Lagen bringt den Großteil der Performance zu einem Bruchteil der Kosten. Keramik verdient ihren Platz, wenn Wärme, Temperatur oder CTE sie erzwingen.

Passt dazu

[ Querverweis ]

Passt das zu Ihrem Projekt?

Schicken Sie uns Ihre Daten oder eine grobe Skizze. Wir prüfen die Machbarkeit, benennen die Kostentreiber und antworten innerhalb eines Arbeitstages.