Keramiska substrat: Al2O3, AlN, Si3N4

1. Keramiska substrats kärnuppdrag

I den moderna elektronikindustrins storslagna system spelar keramiska substrat, även om de ofta är gömda bakom kulisserna, en oersättlig och avgörande roll. Från högfrekvent signalöverföring i 5G-basstationer till motorstyrenheter i nya energifordon, och kärnförpackningsskiktet av krafthalvledare, kvarstår keramiska substrat orubbligt i kärnan av elektroniska enheter, som tyst åtar sig det dubbla uppdraget "värmeavledningsryggraden" och "isoleringsskydd".

Med 5G-basstationer som exempel genererar de en stor mängd värme under drift. Om denna värme inte kan avledas i tid kommer utrustningens prestanda att försämras avsevärt eller till och med orsaka funktionsfel. Keramiska substrat, med sin utmärkta värmeledningsförmåga, kan snabbt leda bort värme, vilket säkerställer en stabil drift av basstationen. I motorstyrenheterna för nya energifordon måste keramiska substrat inte bara tåla högtemperaturmiljöer utan även tester av hög spänning och hög ström. Deras överlägsna isoleringsegenskaper och mekaniska styrka ger en pålitlig garanti för effektiv drift av motorn.

Enligt auktoritativa prognoser förväntas den globala marknaden för keramiska substrat öka från 1,13 miljarder USD 2022 till 4,15 miljarder USD 2029, vilket motsvarar en sammansatt årlig tillväxttakt (CAGR) på 18,23 %. Denna snabba tillväxt drivs av en explosiv efterfrågan från kraftelektronik, tredje generationens halvledare och avancerad utrustning. Med den snabba teknikutvecklingen ställer dessa områden allt högre krav på prestanda hos elektroniska enheter, vilket gör keramiska substrat, som ett nyckelmaterial, allt viktigare.

2. Tekniska profiler för de tre vanliga substraten

Bland den stora familjen av keramiska substrat är aluminiumoxid (Al₂O₃), aluminiumnitrid (AlN) och kiselnitrid (Si₃N₄) de tre mest framträdande, var och en lyser starkt i olika användningsområden på grund av sina unika materialegenskaper.

Aluminiumoxid (Al₂O₃) keramiska substrat har 60 års erfarenhet av industrialisering, mogen teknologi och relativt låg kostnad. Deras höga produktionsvolym och enastående kostnadseffektivitet har gjort det möjligt för dem att ockupera en betydande del av låg- till mellanklassmarknaden. Inom området för allmän konsumentelektronik, såsom smartphones och surfplattor, uppfyller aluminiumoxidkeramiska substrat kraven från storskalig produktion med sin stabila prestanda och överkomliga pris. Men när elektroniska produkter utvecklas mot miniatyrisering, hög frekvens och hög effekt, blir den relativt låga värmeledningsförmågan hos aluminiumoxidkeramiska substrat alltmer uppenbar, vilket gör det svårt att uppfylla de stränga kraven på värmeavledning i avancerade applikationer.

Aluminiumnitrid (AlN) keramiska substratsticker ut på grund av sin överlägsna värmeledningsförmåga, från 200 till 270 W/(m·K), vilket är 4 till 7 gånger högre än aluminiumoxid. Denna egenskap gör aluminiumnitrid till det föredragna valet för högeffektapplikationer, såsom effektförstärkare i 5G-basstationer och högeffekts LED-belysning. I 5G-basstationer kan keramiska substrat av aluminiumnitrid snabbt avleda värmen som genereras av effektförstärkaren, vilket säkerställer stabil drift av utrustningen under högfrekventa och högeffektsförhållanden, vilket effektivt förbättrar kommunikationskvaliteten och effektiviteten. Dessutom besitter aluminiumnitrid också hög mekanisk hållfasthet och god korrosionsbeständighet, vilket gör att det anses vara det mest lovande keramiska materialet med hög värmeledningsförmåga. Emellertid är tillverkningen av aluminiumnitridmaterial för närvarande utmanande, med höga produktionskostnader och svårigheter vid storskalig massproduktion, vilket avsevärt begränsar dess utbredda tillämpning inom elektronisk förpackning.

Kiselnitrid (Si₃N4) keramiska substrat, med sin utmärkta övergripande prestanda, växer fram i banbrytande områden med höga krav på tillförlitlighet. Med en böjhållfasthet som överstiger 800 MPa är kiselnitrid ett av de starkaste kända keramiska materialen, vilket ger substratet exceptionell motståndskraft mot mekaniska stötar, vibrationer och termiska stötar, vilket gör det mindre benäget att gå sönder i komplexa installations- och driftsmiljöer. Samtidigt har kiselnitrid en låg värmeutvidgningskoefficient på endast 3,2 × 10⁻⁶/℃, vilket uppvisar utmärkt kompatibilitet med halvledarchipmaterial (såsom kisel: ~3 × 10⁻⁶/℃, kiselkarbid: ~4 × 10 minskningar avsevärt) cykelstress och förbättra modulens tillförlitlighet. Inom flyg- och rymdområdet måste utrustningen fungera i extrema miljöer; den höga tillförlitligheten och stabiliteten hos keramiska substrat av kiselnitrid ger ett starkt stöd för den normala driften av flygelektronikutrustning. De höga tillverkningskostnaderna och de komplexa processerna för keramiska substrat av kiselnitrid begränsar emellertid deras användning inom vissa kostnadskänsliga områden.

Semicorex erbjuder hög kvalitetkeramiska underlag. Om du har några frågor eller behöver ytterligare information, tveka inte att kontakta oss.

Kontakta telefonnummer +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com