Aluminiumnitrid-Keramik kombiniert hohe Wärmeleitfähigkeit, hervorragende elektrische Isolierung, geringe dielektrische Verluste und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE), der relativ gut zu Halbleitermaterialien wie Si und InP passt. Es ermöglicht effiziente und stabile Wärmeleitwege für hitzeerzeugende Chips in optischen Modulen und dient gleichzeitig als elektrische Isolierung und mechanische Stütze. Daher wird AlN weit verbreitet in LD/PD-Submounts, TIA-Paketsubstraten, SiP-System-Level-Substraten und thermischen Verwaltungskomponenten für optische Module eingesetzt.
Warum Aluminiumnitrid für Hochgeschwindigkeitsoptikmodule?
AlN kombiniert hohe Wärmeleitfähigkeit, elektrische Isolierung, mechanische Festigkeit und geeignete thermische Ausdehnungseigenschaften für kompakte, hohelektrische optische Verpackung.
| Eigenschaft | Kennwert | Vorteil für optische Module |
|---|---|---|
| Wärmeleitfähigkeit | 170–230 W/(m·K) | Unterstützt schnelle Wärmeabfuhr und Wärmeverteilung von Hochleistungskomponenten |
| Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) | 4,5–5,5 × 10⁻⁶/°C | Hilft, thermische Spannungen durch gute Kompatibilität mit Si und InP zu reduzieren |
| Volumenwiderstand | ≥ 10¹⁴ Ω·cm | Bietet zuverlässige elektrische Isolierung bei gleichzeitig guter thermischer Leistung |
| Biegefestigkeit | ≥ 350 MPa | Bietet stabile mechanische Unterstützung für Chip- und Paketstrukturen |
| Dielektrische Verlusttangente | < 0,001 | Eignet sich für hochgeschwindige und hochfrequente Signalumgebungen |
Häufige Anwendungen von AlN in optischen Modulen
LD-Submount
Wird für die Montage von Laserdioden und Wärmeableitung im Sendepflichtsubmodul (TOSA) verwendet, bietet eine stabile thermische Verbindung für LD/EML-Chips und hilft, den Einfluss von Temperaturanstieg auf die Leistungseinbußen zu verringern.
PD-Submount
Wird für die Montage von Photodetektoren im Empfangspflichtsubmodul (ROSA) verwendet, bietet eine gute thermische Stabilität und mechanische Unterstützung für PD-Chips.
TIA-Paketsubstrat
Wird für die Verpackung hochgeschwindiger Signalgeräte wie Transimpedanzverstärker verwendet, hilft dabei, thermische Verwaltungsforderungen zu erfüllen, während gleichzeitig hohe Frequenzelektrische Leistung unterstützt wird.
SiP-System-Level-Substrat
Wird für hochintegrierte optische Module entworfen und kann mit Mehrschichtkeramikprozessen kombiniert werden, um thermische Verwaltung, Verpackung und interne elektrische Anschlüsse zu integrieren.
AlN-Keramische thermische Verwaltungskomponenten
Wird als lokaler Wärmeableiter, Wärmeverteiler oder mechanische Stützstruktur innerhalb optischer Module verwendet. Komplexe dreidimensionale Geometrien können an die internen Platzanforderungen angepasst werden. In Strukturen, die sowohl Wärmeleitung als auch elektrische Isolierung benötigen, kann AlN auch als Alternative zu traditionellen Wolfram-Kupfer-Wärmeableitern dienen.
Von 400G bis 1,6T: Der steigende Wert von AlN
| Datenrate | Materialtrend | Anmerkungen |
|---|---|---|
| 400G und darunter | Al₂O₃ bietet weiterhin Kostenvorteile und Prozessreife | Bei Anwendungen mit vergleichsweise niedrigerer Leistungsdichte bleibt Aluminiumoxid eine gängige Materialwahl. |
| 800G | AlN wird zu einem Schlüsselmaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit | Bei steigender Stromaufnahme und Wärmeverteilung steigen die Anforderungen an Wärmeableitung und Signalintegrität, was zu einer breiteren Nutzung von AlN führt. |
| 1,6T / 3,2T | Die Bedeutung von AlN steigt weiter | Höhere Integration und höhere Wärmeflussdichte setzen strengere Anforderungen an Wärmeleitfähigkeit, elektrische Isolierung und thermische Ausdehnung, was die Nutzung von AlN in nachfolgenden optischen Modulen fördert. |
Referenzeigenschaften von Aluminiumnitrid:
| Eigenschaft | Einheit | Kennwert | Hochleistungs- Kennwert |
|---|---|---|---|
| Wärmeleitfähigkeit (20°C) | W/(m·K) | ≥ 170 | ≥ 230 |
| Dichte | g/cm³ | ≥ 3,29 | ≥ 3,33 |
| Biegefestigkeit | MPa | ≥ 350 | ≥ 450 |
| Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) | 10⁻⁶/°C | 4,5–5,5 | 4,2–4,8 |
| Volumenwiderstand | Ω·cm | ≥ 10¹⁴ | ≥ 10¹⁵ |
| Durchschlagfestigkeit | kV/mm | ≥ 17 | ≥ 20 |
| Dielektrische Verlusttangente | — | < 0,001 | < 0,0005 |
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Erklärung: Dies ist ein Originalartikel von INNOVACERA®. Bitte geben Sie den Quelllink an, wenn Sie ihn erneut veröffentlichen: https://www.innovacera.com/de/product/aluminum-nitride-ceramic-components-for-optical-modules
Häufig gestellte Fragen
Warum ist Aluminiumnitrid (AlN) für 800G- und 1,6T-optische Transceiver entscheidend? Wie löst es thermische Engpässe bei Hochleistungslasern?
Mit der Weiterentwicklung optischer Module von 400G auf 800G, 1,6T und 3,2T drohen hohe Wärmeflussdichten von EML-Lasern, Photodetektoren und DSPs, die die Wellenlängenstabilität und Signalintegrität bedrohen. Aluminiumnitrid (AlN) bietet hohe Wärmeleitfähigkeit (170–230 W/(m·K)) und niedrige dielektrische Verluste (< 0,001) neben einem CTE (4,5–5,5 × 10⁻⁶/°C), der gut zu InP und Si passt. Als LD/PD-Submounts und Wärmeverteiler unterstützt AlN schnelle Wärmeabfuhr und elektrische Isolierung, beseitigt thermische Spannungen und verhindert Laserdrift.
Kann ich maßgeschneiderte AlN-Submounts und SiP-Substrate für optische Verpackung bestellen? Welche Spezifikationen erfordert der Hersteller?
Ja, als fortschrittlicher Präzisionskeramikhersteller liefert INNOVACERA maßgefertigte und metallisierte AlN-LD/PD-Submounts, TIA-Paketträger und 3D-Mikroverarbeitungs-Wärmeverteiler. Wir unterstützen enge Maßtoleranzen, Hochfrequenzmetallisierungsmuster und komplexe Geometrielayouts für TOSA/ROSA-Bauteile. Senden Sie bitte 2D/3D-CAD-Zeichnungen, erforderliche Metallisierungsspezifikationen (z. B. Ti/Pt/Au, AuSn) und thermische Anforderungen, um ein Preisangebot und eine DFM-Analyse zu erhalten.
