Keramične podlage: Al₂O₃, AlN, Si3N₄

1. Osnovno poslanstvo keramičnih podlag

V veliki shemi sodobne elektronske industrije imajo keramične podlage, čeprav pogosto skrite v zakulisju, nenadomestljivo in ključno vlogo. Od visokofrekvenčnega prenosa signala v baznih postajah 5G do krmilnikov motorjev v novih energetskih vozilih in jedrne embalaže močnostnih polprevodnikov, keramične podlage vztrajno ostajajo v jedru elektronskih naprav in tiho prevzemajo dvojno nalogo "hrbtenice za odvajanje toplote" in "varuha izolacije".

Če vzamemo za primer bazne postaje 5G, med delovanjem proizvajajo veliko količino toplote. Če te toplote ni mogoče pravočasno odvesti, se bo zmogljivost opreme znatno poslabšala ali celo povzročila okvare. Keramične podlage s svojo odlično toplotno prevodnostjo hitro odvajajo toploto in tako zagotavljajo stabilno delovanje bazne postaje. V motornih krmilnikih novih energetskih vozil morajo keramične podlage prenesti ne le visokotemperaturna okolja, ampak tudi preskuse visoke napetosti in visokega toka. Njihove vrhunske izolacijske lastnosti in mehanska trdnost zagotavljajo zanesljivo jamstvo za učinkovito delovanje motorja.

Po verodostojnih napovedih naj bi se svetovni trg keramičnih substratov povečal z 1,13 milijarde USD leta 2022 na 4,15 milijarde USD leta 2029, kar predstavlja skupno letno stopnjo rasti (CAGR) 18,23 %. To hitro rast poganja eksplozivno povpraševanje po močnostni elektroniki, polprevodnikih tretje generacije in vrhunski opremi. S hitrim razvojem tehnologije ta področja postavljajo vse višje zahteve glede zmogljivosti elektronskih naprav, zaradi česar so keramične podlage kot ključni material vedno bolj pomembne.

2. Tehnični profili treh glavnih substratov

Med veliko družino keramičnih substratov so aluminijev oksid (Al₂O₃), aluminijev nitrid (AlN) in silicijev nitrid (Si₃N₄) najpomembnejši trije, ki zaradi svojih edinstvenih lastnosti materiala močno sijejo na različnih področjih uporabe.

Keramične podlage iz aluminijevega oksida (Al₂O₃) se ponašajo s 60-letnimi izkušnjami industrializacije, zrelo tehnologijo in relativno nizkimi stroški. Njihov velik obseg proizvodnje in izjemna stroškovna učinkovitost sta jim omogočila, da zavzamejo pomemben delež na trgu nizkega do srednjega razreda. Na področju splošne potrošniške elektronike, kot so pametni telefoni in tablični računalniki, keramični substrati iz aluminijevega oksida izpolnjujejo zahteve obsežne proizvodnje s svojo stabilno zmogljivostjo in dostopno ceno. Ker pa se elektronski izdelki razvijajo v smeri miniaturizacije, visoke frekvence in visoke moči, postaja razmeroma nizka toplotna prevodnost keramičnih substratov iz aluminijevega oksida vse bolj očitna, zaradi česar je težko izpolniti stroge zahteve glede odvajanja toplote pri aplikacijah višjega cenovnega razreda.

Keramični substrati iz aluminijevega nitrida (AlN).izstopajo zaradi svoje vrhunske toplotne prevodnosti, ki sega od 200 do 270 W/(m·K), kar je 4- do 7-krat več kot aluminijev oksid. Zaradi te lastnosti je aluminijev nitrid prednostna izbira za aplikacije z visoko močjo, kot so ojačevalniki moči v baznih postajah 5G in visoko zmogljiva LED osvetlitev. V baznih postajah 5G lahko keramični substrati iz aluminijevega nitrida hitro odvajajo toploto, ki jo ustvari ojačevalnik moči, kar zagotavlja stabilno delovanje opreme v pogojih visoke frekvence in visoke moči ter učinkovito izboljša kakovost in učinkovitost komunikacije. Poleg tega ima aluminijev nitrid tudi visoko mehansko trdnost in dobro odpornost proti koroziji, zaradi česar velja za najbolj obetaven keramični material z visoko toplotno prevodnostjo. Vendar pa je izdelava materialov iz aluminijevega nitrida trenutno zahtevna, z visokimi proizvodnimi stroški in težavami v obsežni množični proizvodnji, kar bistveno omejuje njegovo široko uporabo v elektronski embalaži.

Keramični substrati iz silicijevega nitrida (Si₃N₄)., s svojo odlično splošno zmogljivostjo, se pojavljajo na najsodobnejših področjih z visokimi zahtevami glede zanesljivosti. Z upogibno trdnostjo, ki presega 800 MPa, je silicijev nitrid eden najmočnejših znanih keramičnih materialov, ki daje substratu izjemno odpornost na mehanske udarce, vibracije in toplotne šoke, zaradi česar je manj nagnjen k zlomom v zapletenih okoljih namestitve in delovanja. Hkrati ima silicijev nitrid nizek koeficient toplotne razteznosti le 3,2 × 10⁻⁶/℃, kar kaže odlično združljivost z materiali za polprevodniške čipe (kot je silicij: ~3 × 10⁻⁶/℃, silicijev karbid: ~4 × 10⁻⁶/℃), kar znatno zmanjša toploto ciklični stres in izboljšanje zanesljivosti modula. Na letalskem in vesoljskem področju mora oprema delovati v ekstremnih okoljih; visoka zanesljivost in stabilnost keramičnih substratov iz silicijevega nitrida zagotavlja močno podporo za normalno delovanje letalske opreme. Vendar pa visoki proizvodni stroški in zapleteni postopki keramičnih substratov iz silicijevega nitrida omejujejo njihovo uporabo na nekaterih stroškovno občutljivih področjih.

Semicorex ponuja visoko kakovostkeramične podlage. Če imate kakršna koli vprašanja ali potrebujete dodatne podrobnosti, ne oklevajte in stopite v stik z nami.

Kontaktna telefonska številka +86-13567891907

E-pošta: sales@semicorex.com