Keraamiset alustat: Al2O3, AlN, Si3N4

1. Keraamisten substraattien ydintehtävä

Modernin elektroniikkateollisuuden suuressa suunnitelmassa keraamiset substraatit, vaikka ne ovat usein piilossa kulissien takana, ovat korvaamaton ja ratkaiseva rooli. 5G-tukiasemien korkeataajuisesta signaalinsiirrosta uusien energiaajoneuvojen moottoriohjaimiin ja tehopuolijohteiden ydinpakkauskerrokseen, keraamiset substraatit pysyvät vakaasti elektronisten laitteiden ytimessä ja toteuttavat hiljaa kaksoistehtävän, "lämmönpoiston rungon" ja "eristyksen vartijan".

Esimerkkinä 5G-tukiasemat tuottavat suuren määrän lämpöä käytön aikana. Jos tätä lämpöä ei saada pois ajoissa, laitteen suorituskyky heikkenee merkittävästi tai jopa aiheuttaa toimintahäiriöitä. Keraamiset alustat, joilla on erinomainen lämmönjohtavuus, voivat johtaa nopeasti lämmön pois, mikä varmistaa tukiaseman vakaan toiminnan. Uusien energiaajoneuvojen moottorisäätimissä keraamisten substraattien tulee kestää korkeita lämpötiloja, mutta myös korkeajännitteisiä ja korkean virran kokeita. Niiden erinomaiset eristysominaisuudet ja mekaaninen lujuus takaavat luotettavan moottorin tehokkaan toiminnan.

Virallisten ennusteiden mukaan maailmanlaajuisten keraamisten substraattien markkinoiden ennustetaan kasvavan 1,13 miljardista dollarista vuonna 2022 4,15 miljardiin dollariin vuonna 2029, mikä edustaa 18,23 prosentin vuosikasvua (CAGR). Tämä nopea kasvu johtuu tehoelektroniikan, kolmannen sukupolven puolijohteiden ja huippuluokan laitteiden räjähdysmäisestä kysynnästä. Teknologian nopean kehityksen myötä nämä alat asettavat yhä enemmän vaatimuksia elektronisten laitteiden suorituskyvylle, mikä tekee keraamisista substraateista entistä tärkeämpää avainmateriaalina.

2. Kolmen pääsubstraatin tekniset profiilit

Laajasta keraamisten substraattien joukosta alumiinioksidi (Al2O3), alumiininitridi (AlN) ja piinitridi (Si3N4) ovat kolme merkittävintä, joista kukin loistaa kirkkaasti eri käyttöalueilla ainutlaatuisten materiaaliominaisuuksiensa ansiosta.

Alumiinioksidi (Al2O3) -keraamiset substraatit tarjoavat 60 vuoden teollistumiskokemuksen, kypsän teknologian ja suhteellisen alhaiset kustannukset. Niiden suuri tuotantovolyymi ja erinomainen kustannustehokkuus ovat antaneet niille mahdollisuuden miehittää merkittävän osan matalan ja keskitason markkinoista. Yleisen kulutuselektroniikan, kuten älypuhelimien ja tablettien, alumiinioksidikeraamiset substraatit vastaavat suurtuotannon vaatimuksiin vakaalla suorituskyvyllään ja edullisella hinnallaan. Kuitenkin, kun elektroniset tuotteet kehittyvät kohti miniatyrisointia, korkeataajuutta ja suurta tehoa, alumiinioksidikeraamisten substraattien suhteellisen alhainen lämmönjohtavuus tulee yhä selvemmäksi, mikä vaikeuttaa huippuluokan sovellusten tiukkojen lämmönpoistovaatimusten täyttämistä.

Alumiininitridi (AlN) keraamiset alustaterottuvat erinomaisesta lämmönjohtavuudestaan, joka vaihtelee välillä 200 - 270 W/(m·K), mikä on 4 - 7 kertaa alumiinioksidiin verrattuna. Tämä ominaisuus tekee alumiininitridistä ensisijaisen valinnan suuritehoisiin sovelluksiin, kuten 5G-tukiasemien tehovahvistimiin ja suuritehoisiin LED-valaistukseen. 5G-tukiasemissa alumiininitridikeraamiset substraatit voivat nopeasti haihduttaa tehovahvistimen tuottaman lämmön, mikä varmistaa laitteiden vakaan toiminnan korkeataajuisissa ja suuritehoisissa olosuhteissa ja parantaa tehokkaasti viestinnän laatua ja tehokkuutta. Lisäksi alumiininitridillä on myös korkea mekaaninen lujuus ja hyvä korroosionkestävyys, joten sitä pidetään lupaavimpana korkean lämmönjohtavuuden omaavana keraamisena materiaalina. Alumiininitridimateriaalien valmistus on kuitenkin tällä hetkellä haastavaa, sillä tuotantokustannukset ovat korkeat ja suurissa massatuotannossa on vaikeuksia, mikä rajoittaa merkittävästi sen laajaa käyttöä elektroniikkapakkauksissa.

Piinitridi (Si3N4) keraamiset alustat, joilla on erinomainen kokonaissuorituskyky, ovat nousemassa huippuluokan aloille, joilla on korkeat luotettavuusvaatimukset. Yli 800 MPa:n taivutuslujuudellaan piinitridi on yksi vahvimmista tunnetuista keraamisista materiaaleista, mikä antaa alustalle poikkeuksellisen kestävyyden mekaanisia iskuja, tärinää ja lämpöshokkia vastaan, mikä tekee siitä vähemmän alttiita rikkoutumaan monimutkaisissa asennus- ja käyttöympäristöissä. Samanaikaisesti piinitridillä on alhainen lämpölaajenemiskerroin, vain 3,2 × 10⁻⁶/℃, mikä osoittaa erinomaisen yhteensopivuuden puolijohdesirumateriaalien kanssa (kuten pii: ~3 × 10⁻⁶/℃, merkittävästi lämpölaajeneva piikarbidi: 10⁄⁄⁄ ~4 × stressiä ja moduulin luotettavuuden parantamista. Ilmailu- ja avaruusalalla laitteiden on toimittava äärimmäisissä ympäristöissä; piinitridikeraamisten substraattien korkea luotettavuus ja vakaus tukevat vahvasti avioniikkalaitteiden normaalia toimintaa. Piinitridikeraamisten substraattien korkeat valmistuskustannukset ja monimutkaiset prosessit rajoittavat kuitenkin niiden käyttöä joillakin kustannusherkillä aloilla.

Semicorex tarjoaa korkealaatuistakeraamiset alustat. Jos sinulla on kysyttävää tai tarvitset lisätietoja, älä epäröi ottaa meihin yhteyttä.

Puhelinnumero +86-13567891907

Sähköposti: sales@semicorex.com