Keramiske substrater: Al2O3, AlN, Si3N4

1. Kjerneoppdraget til keramiske substrater

I det store oppsettet av moderne elektronikkindustri spiller keramiske underlag, selv om de ofte er skjult bak kulissene, en uerstattelig og avgjørende rolle. Fra høyfrekvent signaloverføring i 5G-basestasjoner til motorkontrollere i nye energikjøretøyer, og kjerneemballasjelaget av krafthalvledere, forblir keramiske substrater urokkelig i kjernen av elektroniske enheter, og påtar seg det doble oppdraget "varmespredningsryggrad" og "isolasjonsvokter."

Med 5G-basestasjoner som eksempel genererer de en stor mengde varme under drift. Hvis denne varmen ikke kan spres i tide, vil utstyrets ytelse forringes betydelig, eller til og med forårsake funksjonsfeil. Keramiske underlag, med sin utmerkede varmeledningsevne, kan raskt lede varme bort, noe som sikrer stabil drift av basestasjonen. I motorstyringene til nye energikjøretøyer må keramiske underlag ikke bare tåle høytemperaturmiljøer, men også testene av høy spenning og høy strøm. Deres overlegne isolasjonsegenskaper og mekaniske styrke gir en pålitelig garanti for effektiv drift av motoren.

I følge autoritative prognoser anslås det globale keramiske substratmarkedet å øke fra 1,13 milliarder dollar i 2022 til 4,15 milliarder dollar i 2029, noe som representerer en sammensatt årlig vekstrate (CAGR) på 18,23 %. Denne raske veksten er drevet av eksplosiv etterspørsel fra kraftelektronikk, tredjegenerasjons halvledere og avansert utstyr. Med den raske utviklingen av teknologi, stiller disse feltene stadig høyere krav til ytelsen til elektroniske enheter, noe som gjør keramiske underlag, som et nøkkelmateriale, stadig viktigere.

2. Tekniske profiler for de tre mainstream-substratene

Blant den store familien av keramiske underlag er alumina (Al₂O₃), aluminiumnitrid (AlN) og silisiumnitrid (Si₃N₄) de tre mest fremtredende, som hver skinner sterkt i forskjellige bruksområder på grunn av deres unike materialegenskaper.

Alumina (Al₂O₃) keramiske substrater har 60 års erfaring med industrialisering, moden teknologi og relativt lave kostnader. Deres høye produksjonsvolum og enestående kostnadseffektivitet har gjort det mulig for dem å okkupere en betydelig andel av lav-til-middels-markedet. Innenfor generell forbrukerelektronikk, som smarttelefoner og nettbrett, møter alumina keramiske substrater kravene til storskala produksjon med stabil ytelse og rimelig pris. Imidlertid, ettersom elektroniske produkter utvikler seg mot miniatyrisering, høy frekvens og høy effekt, blir den relativt lave varmeledningsevnen til keramiske substrater av aluminiumoksyd stadig tydeligere, noe som gjør det vanskelig å møte de strenge kravene til varmeavledning til avanserte applikasjoner.

Aluminiumnitrid (AlN) keramiske underlagskiller seg ut på grunn av deres overlegne varmeledningsevne, fra 200 til 270 W/(m·K), som er 4 til 7 ganger den for alumina. Denne egenskapen gjør aluminiumnitrid til det foretrukne valget for høyeffektapplikasjoner, som effektforsterkere i 5G-basestasjoner og høyeffekts LED-belysning. I 5G-basestasjoner kan aluminiumnitrid-keramiske substrater raskt spre varmen som genereres av effektforsterkeren, og sikre stabil drift av utstyret under høyfrekvente og høyeffektsforhold, og effektivt forbedre kommunikasjonskvaliteten og effektiviteten. Videre har aluminiumnitrid også høy mekanisk styrke og god korrosjonsmotstand, noe som gjør det ansett som det mest lovende keramiske materialet med høy varmeledningsevne. Imidlertid er fremstillingen av aluminiumnitridmaterialer for tiden utfordrende, med høye produksjonskostnader og vanskeligheter i storskala masseproduksjon, noe som i betydelig grad begrenser dens utbredte anvendelse innen elektronisk emballasje.

Silisiumnitrid (Si₃N4) keramiske underlag, med sin utmerkede generelle ytelse, dukker opp i banebrytende felt med høye krav til pålitelighet. Med en bøyestyrke som overstiger 800 MPa, er silisiumnitrid et av de sterkeste kjente keramiske materialene, og gir underlaget eksepsjonell motstand mot mekaniske støt, vibrasjoner og termiske støt, noe som gjør det mindre utsatt for brudd i komplekse installasjons- og driftsmiljøer. Samtidig har silisiumnitrid en lav termisk ekspansjonskoeffisient på bare 3,2 × 10⁻⁶/℃, og viser utmerket kompatibilitet med halvlederbrikkematerialer (slik som silisium: ~3 × 10⁻⁶/℃, silisiumkarbid: ~4 × 10 betydelig redusert/reduksjon) sykkelstress og forbedre modulens pålitelighet. I romfartsfeltet må utstyr operere i ekstreme miljøer; den høye påliteligheten og stabiliteten til silisiumnitrid keramiske substrater gir sterk støtte for normal drift av flyelektronikkutstyr. Imidlertid begrenser de høye produksjonskostnadene og komplekse prosessene for silisiumnitrid keramiske substrater deres anvendelse i noen kostnadsfølsomme felt.

Semicorex tilbyr høy kvalitetkeramiske underlag. Hvis du har spørsmål eller trenger ytterligere detaljer, ikke nøl med å ta kontakt med oss.

Kontakt telefonnummer +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com