Полное руководство по керамическим субстратам 2024

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, we will examine ceramic substrates in-depth – from their properties to materials, 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.