Grootschalige vergelijking van de prestaties van keramische substraten gemaakt van verschillende materialen
Op het gebied van elektronische verpakkingen zijn keramische substraten, met hun uitstekende elektrische, thermische en mechanische eigenschappen, belangrijke materialen geworden die de stabiele werking van elektronische apparaten ondersteunen. Keramische substraten van verschillende materialen vertonen elk unieke prestatiekenmerken en spelen een belangrijke rol in verschillende toepassingsscenario's. Laten we vandaag eens dieper ingaan op verschillende veelvoorkomende soorten keramische substraten en hun prestatieverschillen vergelijken.
Alumina (Al₂O₃) keramisch substraat
Het alumina keramische substraat is een van de meest gebruikte keramische substraten op dit moment. Volgens de verschillende inhoud van aluminiumoxide, zijn de meest voorkomende 96%aluminiumoxide keramisch substraaten 99% aluminiumoxide keramische substraten.
De 96%aluminiumoxide keramisch substraatheeft een hoge hardheid, sterkte en slijtvastheid. Het heeft relatief lage kosten en goede verwerkingsprestaties en kan worden verwerkt door snijden, boren en andere methoden. In toepassingen met lage temperaturen en lage elektrische veldsterkte presteren de diëlektrische constante en het diëlektrische verlies uitstekend en zijn de signaaloverdrachtsprestaties goed. De zuiverheid is echter relatief lager dan die van het 99% aluminiumoxidesubstraat en de diëlektrische constante en het diëlektrische verlies zijn ook iets hoger. Het is gevoelig voor brosse breuk in een omgeving met hoge temperaturen.
De 99%aluminiumoxide keramisch substraatheeft een hogere chemische zuiverheid, dichtheid en hardheid, uitstekende elektrische eigenschappen, een relatief hoge diëlektrische constante en een laag diëlektrisch verlies. Het heeft een uitstekende stabiliteit bij hoge temperaturen en kan temperaturen tot 1700℃ weerstaan. Het heeft ook een hoge mechanische sterkte en een sterke corrosiebestendigheid. Bovendien kan het worden bereid tot een relatief dunnealuminiumoxide keramisch substraat, wat gunstig is voor de voorbereiding van micro-elektronische apparaten. De kosten zijn echter relatief hoog en de verwerkingsmoeilijkheden zijn ook groter.
2. Toepassingsgebieden
Het 96% alumina keramische substraat wordt veel gebruikt in de velden van elektronische componenten met een laag vermogen, sensoren, condensatoren, miniatuurrelais, microgolfcomponenten, enz. In deze scenario's waar kosten een gevoelige factor zijn en de prestatievereisten relatief minder streng zijn, kan het zijn voordelen volledig benutten. Het 99% alumina keramische substraat is geschikter voor de velden van krachtige LED's, hoogspannings-geïntegreerde schakelingen, hogetemperatuursensoren, hoogfrequente elektronische componenten, enz., en voldoet aan de strenge eisen van deze velden voor de hogetemperatuurstabiliteit, elektrische eigenschappen en mechanische sterkte van de materialen.
Zirkoniumoxide (ZrO₂) keramisch substraat
1. Prestatiekenmerken
Het zirkonia keramische substraat wordt gekenmerkt door hoge sterkte en hoge hardheid. De hardheid kan doorgaans boven HRA90 uitkomen, en zelfs zo hoog als HRA95, wat meer dan 10 keer die van staal is. De sterkte kan 900 MPa bereiken bij kamertemperatuur en nog steeds een relatief hoog niveau behouden bij hoge temperaturen. Het heeft een goede slijtvastheid en een hoge oppervlaktevlakheid.
Zirconia keramiek heeft een sterke chemische inertheid en uitstekende corrosiebestendigheid. Ze worden niet gemakkelijk geërodeerd door chemische stoffen zoals zuren en alkaliën, en kunnen stabiel werken gedurende een lange tijd in zware omgevingen. De isolatieprestaties zijn ook zeer uitstekend, waardoor het geschikt is voor hoogspanningsisolatiematerialen. Bovendien heeft zirconia keramiek een extreem hoog smeltpunt en hoge temperatuurstabiliteit, en kan het langdurig worden gebruikt in omgevingen met hoge temperaturen.
2. Toepassingsgebieden
Het wordt veel toegepast in sectoren zoals high-end manufacturing, elektronica, lucht- en ruimtevaart, medische apparatuur en chemische technologie. In de elektronica kan het worden gebruikt om sensoren, condensatoren, etc. te produceren. In de medische apparatuursector kan het, vanwege de goede biocompatibiliteit, worden gebruikt om implantaten te maken, zoals kunstmatige gewrichten.
Siliciumcarbide (SiC) keramisch substraat
1. Prestatiekenmerken
Het siliciumcarbide keramische substraat heeft een extreem hoge hardheid, die 5 keer hoger is dan die van staal en 3 keer hoger dan die van aluminium. Het heeft ook een hoge sterkte en de treksterkte kan meer dan 400 MPa bereiken. Siliciumcarbide heeft een goede hogetemperatuurbestendigheid, met een hoog smeltpunt, en kan hogetemperatuur thermische schokken weerstaan. Over het algemeen varieert de bedrijfstemperatuur van 1200℃ tot 1600℃.
Het heeft een sterke oxidatieweerstand en kan oxidatiecorrosie bij hoge temperaturen weerstaan, en kan stabiel in de lucht worden gebruikt. Siliciumcarbide heeft een goede slijtvastheid, hoge hardheid en een kleine wrijvingscoëfficiënt. Tegelijkertijd heeft het een uitstekende thermische geleidbaarheid, die 2 tot 3 keer zo hoog is als die van metalen, wat een effectieve warmteafvoer mogelijk maakt, en het heeft ook een goede chemische stabiliteit.
2. Toepassingsgebieden
Keramische substraten van verschillende materialen hebben hun eigen voor- en nadelen qua prestaties. In praktische toepassingen is het noodzakelijk om factoren zoals thermische geleidbaarheid, isolatie, mechanische sterkte, kosten en verwerkingsmoeilijkheden uitgebreid te overwegen op basis van specifieke vereisten, en het meest geschikte materiaal voor het keramische substraat te selecteren. Met de voortdurende ontwikkeling van elektronische technologie nemen de vereisten voor de prestaties van keramische substraten ook voortdurend toe. In de toekomst zullen keramische substraten van verschillende materialen blijven innoveren op het gebied van prestatie-optimalisatie en kostenbeheersing.