Elektroniksubstraten

Elektroniksubstrate sind Trägermaterialien, die Bauelemente elektrisch isolieren, mechanisch stützen und Wärme ableiten. Sie dienen als Grundlage für Halbleiterbauteile, Schaltungen und Displays und beeinflussen Bauform, Wärmeableitung und elektrische Eigenschaften.

Im Bereich der Leiterplatten bezeichnet das Substrat das nichtleitende Material, auf dem Kupferleitbahnen liegen. Typische Substratmaterialien sind glasfaserverstärkte Epoxidharze (FR-4), FR-2 (phenolharzbasierter Laminat) und flexible Polyimide (PI). Sie unterscheiden sich in Dielektrizität, Wärmeleitfähigkeit, Temperaturbeständigkeit und Verarbeitbarkeit.

Für Hochleistungs- und Hochfrequenzanwendungen kommen keramische Substrate wie Aluminiumoxid (Al2O3), Aluminiumnitride (AlN) oder Siliziumcarbid (SiC) zum Einsatz. Diese bieten gute Wärmeleitung und geringe Ausdehnung, sind aber teurer. In speziellen Anwendungen kommen auch Saphir oder andere keramische Materialien zum Einsatz.

Als Substrate für Halbleiterbauelemente dienen Siliziumwafer als Standardsubstrate der Mikroelektronik; daneben werden GaAs, SiC und GaN verwendet. Auf diesen Substraten werden Epitaxie-Schichten abgeschieden. Die Substratauswahl beeinflusst Materialqualität, Ladungsträgerdynamik und thermische Eigenschaften der fertigen Bauteile.

Herstellung und Verarbeitung: Leiterplatten-Substrate werden als Laminat- oder Trägerwerkstoffe mit Kupferfolien beschichtet, fotolithografisch strukturiert und gelötet. Keramische Substrate verwenden Dickschicht- oder Dünnfilmbasiste Verfahren. Halbleiterwafer entstehen durch Kristallzüchtung, werden in Scheiben geschnitten und in Reinigungs- sowie Abscheideprozessen weiterverarbeitet.

Zukünftige Entwicklungen umfassen mehrlagige, embedded-Substrate, flexible und Dünnfilmsubstrate, verbesserte Wärmeableitung, bessere Impedanzkontrolle sowie Recycling- und Umweltanforderungen.