Керамични субстрати: Al₂O₃, AlN, Si3N₄

1. Основната мисия на керамичните субстрати

В голямата схема на съвременната електронна индустрия, керамичните субстрати, макар и често скрити зад кулисите, играят незаменима и решаваща роля. От високочестотно предаване на сигнали в 5G базови станции до моторни контролери в нови енергийни превозни средства и основния опаковъчен слой от силови полупроводници, керамичните субстрати остават непоколебимо в основата на електронните устройства, безшумно поемайки двойната мисия на „гръбнак за разсейване на топлината“ и „пазител на изолацията“.

Вземайки 5G базовите станции като пример, те генерират голямо количество топлина по време на работа. Ако тази топлина не може да бъде разсеяна навреме, производителността на оборудването ще се влоши значително или дори ще причини неизправности. Керамичните субстрати, с тяхната отлична топлопроводимост, могат бързо да отвеждат топлината, осигурявайки стабилна работа на базовата станция. В моторните контролери на нови енергийни превозни средства, керамичните субстрати не само трябва да издържат на високотемпературни среди, но и на тестове с високо напрежение и висок ток. Техните превъзходни изолационни свойства и механична якост осигуряват надеждна гаранция за ефективната работа на двигателя.

Според авторитетни прогнози, глобалният пазар на керамични субстрати се очаква да нарасне от $1,13 милиарда през 2022 г. до $4,15 милиарда през 2029 г., което представлява комбиниран годишен темп на растеж (CAGR) от 18,23%. Този бърз растеж се движи от експлозивното търсене от страна на силова електроника, полупроводници от трето поколение и оборудване от висок клас. С бързото развитие на технологиите тези области поставят все по-високи изисквания към производителността на електронните устройства, което прави керамичните субстрати като ключов материал все по-важни.

2. Технически профили на трите основни субстрата

Сред голямото семейство керамични субстрати, алуминиевият оксид (Al₂O3), алуминиевият нитрид (AlN) и силициевият нитрид (Si3N4) са трите най-изявени, като всеки блести ярко в различни области на приложение поради своите уникални свойства на материала.

Керамичните субстрати от алуминиев оксид (Al₂O₃) могат да се похвалят с 60-годишен опит в индустриализацията, зряла технология и сравнително ниска цена. Техният голям обем на производство и изключителната ефективност на разходите им позволиха да заемат значителен дял от пазара от нисък до среден клас. В областта на общата потребителска електроника, като смартфони и таблети, керамичните субстрати от алуминиев оксид отговарят на изискванията на широкомащабното производство със своята стабилна производителност и достъпна цена. Въпреки това, тъй като електронните продукти се развиват към миниатюризация, висока честота и висока мощност, относително ниската топлопроводимост на керамичните субстрати от алуминиев оксид става все по-очевидна, което затруднява изпълнението на строгите изисквания за разсейване на топлината на приложения от висок клас.

Керамични субстрати от алуминиев нитрид (AlN).се открояват поради превъзходната си топлопроводимост, варираща от 200 до 270 W/(m·K), което е 4 до 7 пъти по-голямо от алуминиевия оксид. Тази характеристика прави алуминиевия нитрид предпочитан избор за приложения с висока мощност, като усилватели на мощност в 5G базови станции и мощно LED осветление. В 5G базовите станции керамичните субстрати от алуминиев нитрид могат бързо да разсейват топлината, генерирана от усилвателя на мощността, осигурявайки стабилна работа на оборудването при условия на висока честота и висока мощност, ефективно подобрявайки качеството и ефективността на комуникацията. Освен това алуминиевият нитрид също така притежава висока механична якост и добра устойчивост на корозия, което го прави считан за най-обещаващия керамичен материал с висока топлопроводимост. Въпреки това производството на материали от алуминиев нитрид в момента е предизвикателство, с високи производствени разходи и трудности при широкомащабно масово производство, което значително ограничава широкото му приложение в електронните опаковки.

Керамични субстрати от силициев нитрид (Si₃N₄)., с тяхната отлична цялостна производителност, се появяват в авангардни области с високи изисквания за надеждност. С якост на огъване, надвишаваща 800 MPa, силициевият нитрид е един от най-здравите познати керамични материали, придавайки на субстрата изключителна устойчивост на механичен удар, вибрации и термичен удар, което го прави по-малко податлив на счупване при сложни инсталационни и работни среди. В същото време силициевият нитрид има нисък коефициент на топлинно разширение от само 3,2 × 10⁻⁶/℃, показващ отлична съвместимост с материали за полупроводникови чипове (като силиций: ~3 × 10⁻⁶/℃, силициев карбид: ~4 × 10⁻⁶/℃), значително намалявайки топлинната цикличен стрес и подобряване на надеждността на модула. В космическата област оборудването трябва да работи в екстремни среди; високата надеждност и стабилност на керамичните субстрати от силициев нитрид осигуряват силна подкрепа за нормалната работа на авиониката. Въпреки това, високите производствени разходи и сложните процеси на керамичните субстрати от силициев нитрид ограничават тяхното приложение в някои чувствителни към разходите области.

Semicorex предлага високо качествокерамични субстрати. Ако имате запитвания или се нуждаете от допълнителни подробности, моля не се колебайте да се свържете с нас.

Телефон за връзка +86-13567891907

Имейл: sales@semicorex.com