Keramiske substrater: Al2O3, AlN, Si3N4

1. Keramiske substraters kerneopgave

I den moderne elektronikindustris store skema spiller keramiske substrater, selvom de ofte er skjult bag kulisserne, en uerstattelig og afgørende rolle. Fra højfrekvent signaltransmission i 5G-basestationer til motorcontrollere i nye energikøretøjer, og kerneemballagelaget af krafthalvledere, forbliver keramiske substrater urokkeligt i kernen af ​​elektroniske enheder, idet de i det stille påtager sig den dobbelte mission som "varmeafledningsrygrad" og "isolationsbeskyttelse".

Tager man 5G-basestationer som eksempel, genererer de en stor mængde varme under drift. Hvis denne varme ikke kan spredes i tide, vil udstyrets ydeevne forringes betydeligt eller endda forårsage funktionsfejl. Keramiske substrater kan med deres fremragende varmeledningsevne hurtigt lede varme væk, hvilket sikrer en stabil drift af basestationen. I motorstyringerne til nye energikøretøjer skal keramiske substrater ikke kun modstå højtemperaturmiljøer, men også test af højspænding og høj strøm. Deres overlegne isoleringsegenskaber og mekaniske styrke giver en pålidelig garanti for effektiv drift af motoren.

Ifølge autoritative prognoser forventes det globale marked for keramiske substrater at stige fra $1,13 milliarder i 2022 til $4,15 milliarder i 2029, hvilket repræsenterer en sammensat årlig vækstrate (CAGR) på 18,23%. Denne hurtige vækst er drevet af eksplosiv efterspørgsel fra kraftelektronik, tredjegenerations halvledere og avanceret udstyr. Med den hurtige udvikling af teknologi stiller disse områder stadig højere krav til elektroniske enheders ydeevne, hvilket gør keramiske substrater, som et nøglemateriale, stadig vigtigere.

2. Tekniske profiler af de tre almindelige substrater

Blandt den store familie af keramiske substrater er aluminiumoxid (Al₂O₃), aluminiumnitrid (AlN) og siliciumnitrid (Si₃N₄) de tre mest fremtrædende, som hver skinner klart i forskellige anvendelsesområder på grund af deres unikke materialeegenskaber.

Alumina (Al₂O₃) keramiske substrater kan prale af 60 års industrialiseringserfaring, moden teknologi og relativt lave omkostninger. Deres høje produktionsvolumen og enestående omkostningseffektivitet har gjort det muligt for dem at indtage en betydelig del af lav- til mellemmarkedet. Inden for almindelig forbrugerelektronik, såsom smartphones og tablets, opfylder aluminiumoxid keramiske substrater kravene til storskalaproduktion med deres stabile ydeevne og overkommelige pris. Men efterhånden som elektroniske produkter udvikler sig i retning af miniaturisering, høj frekvens og høj effekt, bliver den relativt lave termiske ledningsevne af aluminiumoxid keramiske substrater mere og mere tydelig, hvilket gør det vanskeligt at opfylde de strenge varmeafledningskrav til high-end applikationer.

Aluminiumnitrid (AlN) keramiske substraterskiller sig ud på grund af deres overlegne termiske ledningsevne, der spænder fra 200 til 270 W/(m·K), hvilket er 4 til 7 gange højere end aluminiumoxid. Denne egenskab gør aluminiumnitrid til det foretrukne valg til højeffektapplikationer, såsom effektforstærkere i 5G-basestationer og højeffekt LED-belysning. I 5G-basestationer kan aluminiumnitrid-keramiske substrater hurtigt sprede den varme, der genereres af effektforstærkeren, hvilket sikrer stabil drift af udstyret under højfrekvente og højeffektforhold, hvilket effektivt forbedrer kommunikationskvaliteten og effektiviteten. Desuden besidder aluminiumnitrid også høj mekanisk styrke og god korrosionsbestandighed, hvilket gør det betragtet som det mest lovende keramiske materiale med høj termisk ledningsevne. Fremstillingen af ​​aluminiumnitridmaterialer er imidlertid i øjeblikket udfordrende med høje produktionsomkostninger og vanskeligheder i storskala masseproduktion, hvilket væsentligt begrænser dens udbredte anvendelse i elektronisk emballage.

Siliciumnitrid (Si₃N4) keramiske substrater, med deres fremragende samlede ydeevne, dukker op i banebrydende områder med høje krav til pålidelighed. Med en bøjningsstyrke på over 800 MPa er siliciumnitrid et af de stærkeste kendte keramiske materialer, hvilket giver underlaget enestående modstandsdygtighed over for mekaniske stød, vibrationer og termiske stød, hvilket gør det mindre tilbøjeligt til at gå i stykker i komplekse installations- og driftsmiljøer. Samtidigt har siliciumnitrid en lav termisk udvidelseskoefficient på kun 3,2 × 10⁻⁶/℃, hvilket udviser fremragende kompatibilitet med halvlederchipmaterialer (såsom silicium: ~3 × 10⁻⁶/℃, siliciumcarbid: ~4 × 10 reducerer betydeligt) cykelstress og forbedring af modulets pålidelighed. Inden for rumfartsområdet skal udstyr fungere i ekstreme miljøer; den høje pålidelighed og stabilitet af siliciumnitrid keramiske substrater giver stærk støtte til den normale drift af flyelektronikudstyr. Imidlertid begrænser de høje fremstillingsomkostninger og komplekse processer af siliciumnitrid keramiske substrater deres anvendelse på nogle omkostningsfølsomme områder.

Semicorex tilbyder høj kvalitetkeramiske underlag. Hvis du har spørgsmål eller brug for yderligere detaljer, så tøv ikke med at kontakte os.

Kontakt telefon # +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com