Keramické substráty: Al₂O3, AlN, Si3N4

1. Základní poslání keramických substrátů

Ve velkém schématu moderního elektronického průmyslu hrají keramické substráty, i když jsou často skryté v zákulisí, nezastupitelnou a zásadní roli. Od vysokofrekvenčního přenosu signálu v základnových stanicích 5G až po ovladače motorů v nových energetických vozidlech a základní obalovou vrstvu výkonových polovodičů, keramické substráty neochvějně zůstávají jádrem elektronických zařízení a tiše plní dvojí poslání „páteře rozptylu tepla“ a „strážce izolace“.

Vezmeme-li jako příklad základnové stanice 5G, během provozu generují velké množství tepla. Pokud toto teplo nelze včas odvést, výkon zařízení se výrazně sníží nebo dokonce způsobí poruchy. Keramické substráty se svou vynikající tepelnou vodivostí dokážou rychle odvádět teplo a zajistit tak stabilní provoz základnové stanice. V ovladačích motorů nových energetických vozidel musí keramické substráty odolávat nejen prostředí s vysokou teplotou, ale také zkouškám vysokého napětí a vysokého proudu. Jejich vynikající izolační vlastnosti a mechanická pevnost poskytují spolehlivou záruku efektivního provozu motoru.

Podle autoritativních předpovědí se očekává, že celosvětový trh s keramickými substráty vzroste z 1,13 miliardy USD v roce 2022 na 4,15 miliardy USD v roce 2029, což představuje složenou roční míru růstu (CAGR) 18,23 %. Tento rychlý růst je poháněn explozívní poptávkou ze strany výkonové elektroniky, polovodičů třetí generace a špičkových zařízení. S rychlým rozvojem technologií kladou tyto obory stále vyšší požadavky na výkon elektronických zařízení, takže keramické substráty jako klíčový materiál jsou stále důležitější.

2. Technické profily tří hlavních substrátů

Z velké rodiny keramických substrátů jsou tři nejvýraznější oxid hlinitý (Al2O3), nitrid hliníku (AlN) a nitrid křemíku (Si3N4), z nichž každý jasně září v různých oblastech použití díky svým jedinečným materiálovým vlastnostem.

Keramické substráty z oxidu hlinitého (Al₂O₃) se mohou pochlubit 60 lety zkušeností s industrializací, vyspělou technologií a relativně nízkou cenou. Jejich vysoký objem výroby a vynikající nákladová efektivita jim umožnily obsadit významný podíl na trhu nízké až střední třídy. V oblasti běžné spotřební elektroniky, jako jsou chytré telefony a tablety, splňují hliníkové keramické substráty nároky velkovýroby svým stabilním výkonem a dostupnou cenou. Jak se však elektronické výrobky vyvíjejí směrem k miniaturizaci, vysoké frekvenci a vysokému výkonu, relativně nízká tepelná vodivost keramických substrátů z oxidu hlinitého je stále zjevnější, což ztěžuje splnění přísných požadavků na odvod tepla u špičkových aplikací.

Keramické substráty z nitridu hliníku (AlN).vynikají díky své vynikající tepelné vodivosti, která se pohybuje od 200 do 270 W/(m·K), což je 4 až 7krát více než u oxidu hlinitého. Díky této vlastnosti je nitrid hliníku preferovanou volbou pro vysoce výkonné aplikace, jako jsou výkonové zesilovače v základnových stanicích 5G a vysoce výkonné LED osvětlení. V základnových stanicích 5G mohou keramické substráty z nitridu hliníku rychle odvádět teplo generované výkonovým zesilovačem, což zajišťuje stabilní provoz zařízení za podmínek vysoké frekvence a vysokého výkonu, což účinně zlepšuje kvalitu a efektivitu komunikace. Kromě toho má nitrid hliníku také vysokou mechanickou pevnost a dobrou odolnost proti korozi, díky čemuž je považován za nejslibnější keramický materiál s vysokou tepelnou vodivostí. Výroba materiálů z nitridu hliníku je však v současné době náročná, s vysokými výrobními náklady a obtížemi ve velkovýrobě, což výrazně omezuje její široké použití v elektronických obalech.

Keramické substráty z nitridu křemíku (Si3N4)., s jejich vynikajícím celkovým výkonem, se objevují ve špičkových oblastech s vysokými požadavky na spolehlivost. S pevností v ohybu přesahující 800 MPa je nitrid křemíku jedním z nejpevnějších známých keramických materiálů, který dodává substrátu výjimečnou odolnost vůči mechanickým nárazům, vibracím a tepelným šokům, takže je méně náchylný k rozbití ve složitých instalačních a provozních prostředích. Současně má nitrid křemíku nízký koeficient tepelné roztažnosti pouze 3,2 × 10⁻⁶/℃, vykazuje vynikající kompatibilitu s materiály polovodičových čipů (jako je křemík: ~3 × 10⁻⁶/℃, karbid křemíku: ~4 × 10⁻⁻.℃), výrazně snižuje tepelné namáhání V oblasti letectví a kosmonautiky musí zařízení fungovat v extrémních prostředích; vysoká spolehlivost a stabilita keramických substrátů z nitridu křemíku poskytuje silnou podporu pro normální provoz avionického vybavení. Avšak vysoké výrobní náklady a složité procesy keramických substrátů z nitridu křemíku omezují jejich použití v některých oblastech citlivých na náklady.

Semicorex nabízí vysokou kvalitukeramické substráty. Pokud máte nějaké dotazy nebo potřebujete další podrobnosti, neváhejte nás kontaktovat.

Kontaktní telefon +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com