Keraamilised substraadid: Al₂O3, AlN, Si3N4

1. Keraamiliste substraatide põhiülesanne

Kaasaegse elektroonikatööstuse suurejoonelises plaanis mängivad keraamilised substraadid, kuigi sageli peidetakse kulisside taha, asendamatut ja otsustavat rolli. Alates kõrgsageduslikust signaaliedastusest 5G tugijaamades kuni uute energiasõidukite mootorikontrolleriteni ja jõupooljuhtide tuumapakendikihini jäävad keraamilised substraadid vankumatult elektroonikaseadmete tuumaks, täites vaikselt kahekordset ülesannet: "soojuse hajutamise selgroog" ja "isolatsioonivalvur".

Võttes näiteks 5G tugijaamad, toodavad need töötamise ajal palju soojust. Kui seda soojust ei suudeta õigel ajal hajutada, halveneb seadmete jõudlus oluliselt või võib see isegi põhjustada talitlushäireid. Suurepärase soojusjuhtivusega keraamilised aluspinnad suudavad soojust kiiresti ära juhtida, tagades tugijaama stabiilse töö. Uute energiasõidukite mootorikontrollerites peavad keraamilised substraadid vastu pidama mitte ainult kõrge temperatuuriga keskkonnale, vaid ka kõrgepinge ja kõrge voolu katsetele. Nende suurepärased isolatsiooniomadused ja mehaaniline tugevus tagavad usaldusväärse garantii mootori tõhusaks tööks.

Autoriteetsete prognooside kohaselt kasvab ülemaailmne keraamiliste substraatide turg 1,13 miljardilt dollarilt 2022. aastal 4,15 miljardile dollarile 2029. aastal, mis tähendab 18,23% liitkasvumäära (CAGR). Selle kiire kasvu taga on plahvatuslik nõudlus jõuelektroonika, kolmanda põlvkonna pooljuhtide ja tipptasemel seadmete järele. Tehnoloogia kiire arenguga seavad need valdkonnad üha kõrgemaid nõudmisi elektroonikaseadmete jõudlusele, muutes keraamilised aluspinnad võtmematerjalina järjest olulisemaks.

2. Kolme peamise substraadi tehnilised profiilid

Suurest keraamiliste substraatide perekonnast on alumiiniumoksiid (Al2O3), alumiiniumnitriid (AlN) ja räninitriid (Si₃N4) kolm kõige silmapaistvamat, millest igaüks särab oma ainulaadsete materjaliomaduste tõttu eredalt erinevates kasutusvaldkondades.

Alumiiniumoksiidi (Al₂O3) keraamilised substraadid on 60-aastase industrialiseerimise kogemuse, küpse tehnoloogia ja suhteliselt madalate kuludega. Nende suur tootmismaht ja silmapaistev kuluefektiivsus on võimaldanud neil hõivata märkimisväärse osa madala ja keskmise kategooria turul. Üldise tarbeelektroonika valdkonnas, nagu nutitelefonid ja tahvelarvutid, vastavad alumiiniumoksiidkeraamilised substraadid suuremahulise tootmise nõudmistele oma stabiilse jõudluse ja taskukohase hinnaga. Kuid kuna elektroonikatooted arenevad miniaturiseerimise, kõrge sageduse ja suure võimsuse suunas, muutub alumiiniumoksiidi keraamiliste substraatide suhteliselt madal soojusjuhtivus üha ilmsemaks, mistõttu on raske täita kõrgekvaliteediliste rakenduste rangeid soojuse hajumise nõudeid.

Alumiiniumnitriid (AlN) keraamilised aluspinnadpaistavad silma oma suurepärase soojusjuhtivusega, mis jääb vahemikku 200–270 W/(m·K), mis on 4–7 korda suurem kui alumiiniumoksiidil. See omadus muudab alumiiniumnitriidi eelistatud valikuks suure võimsusega rakendustes, nagu 5G tugijaamade võimsusvõimendid ja suure võimsusega LED-valgustus. 5G tugijaamades suudavad alumiiniumnitriidkeraamilised substraadid võimsusvõimendi tekitatud soojuse kiiresti hajutada, tagades seadmete stabiilse töö kõrge sagedusega ja suure võimsusega tingimustes, parandades tõhusalt side kvaliteeti ja tõhusust. Lisaks on alumiiniumnitriidil ka kõrge mehaaniline tugevus ja hea korrosioonikindlus, mistõttu seda peetakse kõige lootustandvamaks kõrge soojusjuhtivusega keraamiliseks materjaliks. Alumiiniumnitriidmaterjalide valmistamine on aga praegu keeruline, kõrgete tootmiskulude ja suuremahulise masstootmise raskustega, mis piirab oluliselt selle laialdast kasutamist elektroonilistes pakendites.

Silikoonnitriid (Si₃N4) keraamilised aluspinnad, oma suurepärase üldise jõudlusega, on esile kerkimas tipptasemel valdkondades, millel on kõrged töökindluse nõuded. Räninitriid, mille paindetugevus ületab 800 MPa, on üks tugevamaid teadaolevaid keraamilisi materjale, mis annab aluspinnale erakordse vastupidavuse mehaanilistele löökidele, vibratsioonile ja termilisele šokile, muutes selle keerukates paigaldus- ja töökeskkondades vähem vastuvõtlikuks purunemisele. Samal ajal on räninitriidil madal soojuspaisumise koefitsient, vaid 3,2 × 10⁻⁶/℃, mis sobib suurepäraselt pooljuhtkiibi materjalidega (nt räni: ~3 × 10⁻⁶/℃, märkimisväärselt vähendav ränikarbiid:10⁄⁄⁄⁄⁻⁻⁻⁻⁻ ~4 × stress ja mooduli töökindluse parandamine. Lennunduses peavad seadmed töötama äärmuslikes keskkondades; räni nitriidkeraamiliste substraatide kõrge töökindlus ja stabiilsus pakuvad tugevat tuge avioonikaseadmete normaalseks tööks. Kuid räninitriidkeraamiliste substraatide kõrged tootmiskulud ja keerulised protsessid piiravad nende kasutamist mõnes kulutundlikus valdkonnas.

Semicorex pakub kõrget kvaliteetikeraamilised aluspinnad. Kui teil on küsimusi või vajate lisateavet, võtke meiega ühendust.

Kontakttelefon # +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com