Керамические подложки играют решающую роль в современной электронике., возможность миниатюризации, улучшенное управление температурным режимом, и более высокие рабочие частоты бесчисленного количества устройств, которые мы используем каждый день. Поскольку электронные системы становятся более сложными и мощными, растет спрос на передовые керамические материалы подложек и технологии изготовления, которые могут удовлетворить потребности новых технологий.. В этом исчерпывающем руководстве, мы подробно изучим керамические подложки – от их свойств до материалов, Приложения, и критерии выбора.
Что такое керамические подложки?
Керамические подложки представляют собой тип непроводящих материалов., неорганический материал, изготовленный из керамических соединений, таких как оксид алюминия., нитрид алюминия, бериллия, и цирконий. Они используются в качестве базовых фундаментных слоев в Печатная плата для монтажа электронных компонентов и создания электрических соединений.
Ключевые особенности керамических подложек:
- Они обеспечивают стабильную, жесткая платформа для построения схем и монтажакомпоненты на печатных платах благодаря высокой механической прочности.
- Они обладают высокой термостойкостью и теплопроводностью., что делает их пригодными для отвода тепла в мощной электронике..
- Они обладают превосходными электроизоляционными свойствами вплоть до высоких частот переменного тока.. Это обеспечивает высокую плотность схем и миниатюризацию..
- В многослойной конфигурации, керамические подложки печатных плат позволяют вертикально накладывать несколько тонких слоев, что приводит к созданию сверхкомпактных 3D-модулей со сложными встроенными пассивными компонентами и межсоединениями..
Различные материалы керамических подложек
Керамические подложки бывают различных типов в зависимости от используемого сырья.:
-
Глинозем (Al2O3)
Одним из наиболее распространенных материалов является оксид алюминия или глинозем.. Использование его прочной прочности и отличных электроизоляционных свойств., оксид алюминия оказывается ценным компонентом во многих электронных приложениях., включая печатные платы. Он также подходит для применения при высоких температурах благодаря своей химической стабильности и широкой доступности..
-
Нитрид алюминия (AlN)
Керамика AlN имеет самую высокую теплопроводность., что делает его пригодным для отвода тепла в мощной электронике.. Он также обеспечивает высокое электрическое сопротивление.. Подложки из AlN дороже, чем из оксида алюминия..
-
Бериллия (БеО)
Бериллия (БеО) керамика демонстрирует впечатляющую теплопроводность, сохраняя при этом электроизоляционные свойства.. Высокая стоимость ограничивает применение приложений специализированными средами, требующими высочайшей производительности.. Токсичность также вызывает беспокойство у бериллия..
-
Карбид кремния
Карбид кремния — еще одна керамика, ценимая за исключительную способность эффективно проводить тепло и устойчивость к высоким температурам и коррозии.. С диапазоном теплопроводности 100-400 Вт /(м · К) при высоких температурах, Карбид кремния хорошо работает в высокотемпературном оборудовании, например, в деталях печей.. Это также полезно для производства полупроводниковых приборов..
-
Нитрид кремния
Нитрид кремния или Si3N4 также ценится за тепловые характеристики.. С проводимостью до 400 Вт/(м · К), эта керамика популярна в высокотемпературных применениях, включая компоненты газотурбинных двигателей.. Он также находит применение в подшипниках и режущих инструментах..
| Материал | Теплопроводность | Коэффициент температурного расширения / Икс 10-6/℃ | Устойчивость к тепловому удару | Расходы | Токсичность |
| Глинозем (Al2O3) | 20 | 7.2 | Умеренный | Низкий | Никто |
| Нитрид алюминия (AlN) | 140-260 | 4.4 | Низкий | Высокий | Никто |
| Бериллия (БеО) | 250 | 7.5 | Низкий | Очень высоко | Токсичный |
| Карбид кремния
( Карбид кремния) |
270 | 3.7 | Превосходно | От умеренного до высокого | Никто |
| Нитрид кремния
(Си3Н4 ) |
10-40 | 3.2 | Превосходно | От умеренного до высокого | Никто |
дальнейшее чтение: Различные типы материалов подложки для печатных плат для вашего проекта
Применение керамической подложки печатной платы
Керамические подложки для печатных плат ценятся во многих областях благодаря своим отличительным свойствам и высоким характеристикам.. Их использование охватывает различные отрасли промышленности., некоторые основные области применения включают:
Возобновляемая энергия: Керамические подложки печатных плат часто используются для производства инверторов для фотоэлектрических солнечных панелей и концентраторов для фотоэлектрических концентраторов.. Их электрическая изоляция и устойчивость к высоким температурам делают их очень подходящими для этих конкретных применений..
Автомобильная промышленность: Автомобильная промышленность также использует керамические подложки во многих устройствах.. Примеры включают системы рулевого управления с электроусилителем., встроенные стартеры-генераторы, и блоки управления двигателем. Путем создания более эффективных и экологически чистых систем автомобиля, керамика помогает снизить расход топлива и выбросы выхлопных газов.
Аэрокосмическая и оборонная промышленность: Аэрокосмическая промышленность использует керамические подложки для авионики., системы наведения, и компоненты спутниковой связи. Их малый вес позволяет снизить полезную нагрузку, а также противостоять вибрации.. Для обороны, керамика используется в радарах, системы радиоэлектронной борьбы, и другую высокочастотную электронику, у которой превосходные диэлектрические свойства..
Медицинское оборудование: Керамические подложки находят широкое применение в медицинских устройствах, требующих электрической изоляции., биосовместимость, и способность выдерживать стерилизацию. Примеры включают датчики хирургических инструментов., лабораторное оборудование, медицинские имплантаты, и микрофлюидные устройства.
Беспроводная связь и телекоммуникации: Возможность работы на высоких частотах делает керамические подложки хорошо подходящими для радиочастотных интегральных схем., антенны, фильтры, и другие компоненты, используемые в мобильных устройствах, базовые станции, маршрутизаторы, так далее. Низкие диэлектрические потери керамических материалов помогают минимизировать потери сигнала в высокочастотных цепях связи..
Выбор подходящей керамической подложки для вашего проекта печатной платы
- Учитывайте область применения и условия эксплуатации.. Какая температура, частота, уровень мощности, так далее. должен ли субстрат выдержать? Это поможет сузить ваши варианты. Подложки из оксида алюминия хорошо справляются с высокими частотами., в то время как нитрид алюминия лучше подходит для высокой теплопроводности.
- Посмотрите на диэлектрические свойства, например диэлектрическая постоянная и тангенс угла потерь. Низкие потери, высокочастотные подложки имеют тенденцию иметь более низкую диэлектрическую проницаемость. Диэлектрическая проницаемость влияет на согласование импедансов и перекрестные помехи..
- Проверьте механические свойства, такие как прочность и тепловое расширение.. Подложка должна быть достаточно прочной для производственных процессов и конечного использования.. Термические свойства влияют на рассеивание тепла.
- Учитывайте шероховатость и толщину поверхности.. Гладкая поверхность облегчает процесс осаждения. Более тонкие носители легче, но могут быть более хрупкими.. Стандартная толщина обычно варьируется от 0,25 мм до 1 мм..
- Взвешиваем стоимость и доступность. Некоторые экзотические керамические материалы могут иметь более высокую стоимость и увеличивать сроки закупок.. Более распространенные материалы, такие как оксид алюминия и нитрид алюминия, экономически эффективны..
Керамические подложки обеспечивают неоценимую функциональность электронике практически во всех сферах современного общества.. Это подробное руководство послужило всесторонним обзором., в надежде помочь читателям лучше понять выбор и использование керамических подложек.. От подбора диэлектрических свойств до баланса стоимости и доступности, мы рассмотрели ключевые факторы, которые следует учитывать при выборе подходящего керамического материала.. Если у вас есть другие вопросы, не рассмотренные здесь, не стесняйся контакт нас.
