Podłoża ceramiczne: Al₂O₃, AlN, Si₃N₄

1. Podstawowa misja podłoży ceramicznych

W wielkim planie współczesnego przemysłu elektronicznego podłoża ceramiczne, choć często ukryte za kulisami, odgrywają niezastąpioną i kluczową rolę. Od transmisji sygnałów wysokiej częstotliwości w stacjach bazowych 5G po sterowniki silników w pojazdach nowej generacji i warstwę rdzenia złożoną z półprzewodników mocy – podłoża ceramiczne niezmiennie pozostają rdzeniem urządzeń elektronicznych, po cichu spełniając podwójną misję: „szkieletu rozpraszającego ciepło” i „strażnika izolacji”.

Biorąc za przykład stacje bazowe 5G, generują one podczas pracy dużą ilość ciepła. Jeśli ciepło to nie może zostać odprowadzone na czas, wydajność sprzętu znacznie się pogorszy, a nawet spowoduje awarię. Podłoża ceramiczne dzięki doskonałej przewodności cieplnej szybko odprowadzają ciepło, zapewniając stabilną pracę stacji bazowej. W sterownikach silników nowych pojazdów energetycznych podłoża ceramiczne muszą wytrzymywać nie tylko środowiska o wysokiej temperaturze, ale także testy wysokiego napięcia i dużego prądu. Ich doskonałe właściwości izolacyjne i wytrzymałość mechaniczna stanowią niezawodną gwarancję wydajnej pracy silnika.

Według wiarygodnych prognoz przewiduje się, że światowy rynek substratów ceramicznych wzrośnie z 1,13 miliarda dolarów w 2022 r. do 4,15 miliarda dolarów w 2029 r., co stanowi złożoną roczną stopę wzrostu (CAGR) na poziomie 18,23%. Ten szybki wzrost napędzany jest gwałtownym popytem na energoelektronikę, półprzewodniki trzeciej generacji i sprzęt najwyższej klasy. Wraz z szybkim rozwojem technologii dziedziny te stawiają coraz wyższe wymagania wydajnościom urządzeń elektronicznych, przez co podłoża ceramiczne, jako kluczowy materiał, zyskują coraz większe znaczenie.

2. Profile techniczne trzech głównych substratów

Spośród dużej rodziny podłoży ceramicznych trzy najważniejsze to tlenek glinu (Al₂O₃), azotek glinu (AlN) i azotek krzemu (Si₃N₄), a każdy z nich świeci jasno w różnych obszarach zastosowań ze względu na swoje unikalne właściwości materiału.

Podłoża ceramiczne z tlenku glinu (Al₂O₃) mogą pochwalić się 60-letnim doświadczeniem w industrializacji, dojrzałą technologią i stosunkowo niskim kosztem. Wysoka wielkość produkcji i wyjątkowa opłacalność pozwoliły im zająć znaczny udział w rynku produktów niskiej i średniej półki. W dziedzinie ogólnej elektroniki użytkowej, takiej jak smartfony i tablety, podłoża ceramiczne z tlenku glinu spełniają wymagania produkcji na dużą skalę dzięki swojej stabilnej wydajności i przystępnej cenie. Jednakże w miarę rozwoju produktów elektronicznych w kierunku miniaturyzacji, wysokiej częstotliwości i dużej mocy, stosunkowo niska przewodność cieplna podłoży ceramicznych z tlenku glinu staje się coraz bardziej widoczna, co utrudnia spełnienie rygorystycznych wymagań dotyczących rozpraszania ciepła w zastosowaniach wysokiej klasy.

Podłoża ceramiczne z azotku glinu (AlN).wyróżniają się doskonałą przewodnością cieplną, wynoszącą od 200 do 270 W/(m·K), czyli 4 do 7 razy większą niż tlenek glinu. Ta cecha sprawia, że ​​azotek glinu jest preferowanym wyborem w zastosowaniach wymagających dużej mocy, takich jak wzmacniacze mocy w stacjach bazowych 5G i oświetlenie LED dużej mocy. W stacjach bazowych 5G podłoża ceramiczne z azotku glinu mogą szybko rozpraszać ciepło wytwarzane przez wzmacniacz mocy, zapewniając stabilną pracę sprzętu w warunkach wysokiej częstotliwości i dużej mocy, skutecznie poprawiając jakość i wydajność komunikacji. Ponadto azotek glinu ma również wysoką wytrzymałość mechaniczną i dobrą odporność na korozję, co czyni go uważanym za najbardziej obiecujący materiał ceramiczny o wysokiej przewodności cieplnej. Jednakże wytwarzanie materiałów z azotku glinu stanowi obecnie wyzwanie, związane z wysokimi kosztami produkcji i trudnościami w masowej produkcji na dużą skalę, co znacznie ogranicza jego powszechne zastosowanie w opakowaniach elektronicznych.

Podłoża ceramiczne z azotku krzemu (Si₃N₄)., charakteryzujące się doskonałą ogólną wydajnością, pojawiają się w najnowocześniejszych dziedzinach o wysokich wymaganiach dotyczących niezawodności. Dzięki wytrzymałości na zginanie przekraczającej 800 MPa azotek krzemu jest jednym z najmocniejszych znanych materiałów ceramicznych, zapewniającym podłożu wyjątkową odporność na wstrząsy mechaniczne, wibracje i szok termiczny, dzięki czemu jest mniej podatny na pękanie w złożonych środowiskach instalacyjnych i operacyjnych. Jednocześnie azotek krzemu ma niski współczynnik rozszerzalności cieplnej wynoszący zaledwie 3,2 × 10⁻⁶/℃, wykazując doskonałą kompatybilność z materiałami na chipy półprzewodnikowe (takimi jak krzem: ~3 × 10⁻⁶/℃, węglik krzemu: ~4 × 10⁻⁶/℃), znacznie zmniejszając naprężenia cykliczne i poprawiając niezawodność modułu. W przemyśle lotniczym sprzęt musi działać w ekstremalnych warunkach; wysoka niezawodność i stabilność podłoży ceramicznych z azotku krzemu zapewnia silne wsparcie dla normalnej pracy sprzętu awioniki. Jednakże wysokie koszty produkcji i złożone procesy podłoży ceramicznych z azotku krzemu ograniczają ich zastosowanie w niektórych dziedzinach wrażliwych na koszty.

Semicorex oferuje wysoką jakośćpodłoża ceramiczne. Jeśli masz jakiekolwiek pytania lub potrzebujesz dodatkowych szczegółów, nie wahaj się z nami skontaktować.

Numer telefonu kontaktowego +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com