Groß angelegter Vergleich der Leistungsfähigkeit von Keramiksubstraten aus unterschiedlichen Materialien
Im Bereich der elektronischen Verpackung haben sich Keramiksubstrate mit ihren hervorragenden elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften zu Schlüsselmaterialien entwickelt, die den stabilen Betrieb elektronischer Geräte unterstützen. Keramiksubstrate aus unterschiedlichen Materialien weisen jeweils einzigartige Leistungsmerkmale auf und spielen in verschiedenen Anwendungsszenarien eine wichtige Rolle. Werfen wir heute einen genaueren Blick auf verschiedene gängige Arten von Keramiksubstraten und vergleichen ihre Leistungsunterschiede.
Keramiksubstrat aus Aluminiumoxid (Al₂O₃)
Das Aluminiumoxidkeramiksubstrat ist derzeit eines der am häufigsten verwendeten Keramiksubstrate. Je nach den unterschiedlichen Gehalten an Aluminiumoxid liegen die häufigsten bei 96%Aluminiumoxidkeramiksubstratund 99 % Aluminiumoxidkeramiksubstrate.
Die 96%AluminiumoxidkeramiksubstratEs weist eine hohe Härte, Festigkeit und Verschleißfestigkeit auf. Es ist relativ kostengünstig und lässt sich gut verarbeiten. Es lässt sich durch Schneiden, Bohren und andere Verfahren verarbeiten. Bei Anwendungen mit niedrigen Temperaturen und geringer elektrischer Feldstärke weisen es eine hervorragende Dielektrizitätskonstante und einen hervorragenden dielektrischen Verlust auf, und die Signalübertragungsleistung ist gut. Allerdings ist seine Reinheit im Vergleich zu einem 99%igen Aluminiumoxidsubstrat relativ geringer, und auch seine Dielektrizitätskonstante und sein dielektrischer Verlust sind etwas höher. In Hochtemperaturumgebungen neigt es zu Sprödbruch.
Die 99 %AluminiumoxidkeramiksubstratEs weist eine höhere chemische Reinheit, Dichte und Härte, hervorragende elektrische Eigenschaften, eine relativ hohe Dielektrizitätskonstante und einen geringen dielektrischen Verlust auf. Es ist sehr temperaturbeständig und hält Temperaturen bis zu 1700 °C stand. Es verfügt außerdem über eine hohe mechanische Festigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit. Darüber hinaus kann es zu einem relativ dünnenAluminiumoxidkeramiksubstrat, was für die Herstellung mikroelektronischer Geräte von Vorteil ist. Allerdings sind die Kosten relativ hoch und auch die Verarbeitung ist schwieriger.
2. Anwendungsgebiete
Das 96%ige Aluminiumoxid-Keramiksubstrat wird häufig in den Bereichen elektronische Bauteile mit geringer Leistung, Sensoren, Kondensatoren, Miniaturrelais, Mikrowellenkomponenten usw. eingesetzt. In diesen Szenarien, in denen die Kosten ein kritischer Faktor sind und die Leistungsanforderungen vergleichsweise gering sind, kann es seine Vorteile voll ausspielen. Das 99%ige Aluminiumoxid-Keramiksubstrat eignet sich besser für die Bereiche Hochleistungs-LEDs, Hochspannungs-ICs, Hochtemperatursensoren, Hochfrequenz-Elektronikbauteile usw. und erfüllt die strengen Anforderungen dieser Bereiche an Hochtemperaturstabilität, elektrische Eigenschaften und mechanische Festigkeit der Materialien.
Keramiksubstrat aus Zirkonoxid (ZrO₂).
1. Leistungsmerkmale
Das Zirkonoxidkeramiksubstrat zeichnet sich durch hohe Festigkeit und Härte aus. Seine Härte kann in der Regel über HRA90 und sogar HRA95 liegen, was mehr als dem Zehnfachen von Stahl entspricht. Seine Festigkeit kann bei Raumtemperatur 900 MPa erreichen und bleibt auch bei hohen Temperaturen relativ hoch. Es verfügt über eine gute Verschleißfestigkeit und eine hohe Oberflächenebenheit.
Zirkonoxidkeramiken zeichnen sich durch hohe chemische Beständigkeit und hervorragende Korrosionsbeständigkeit aus. Sie werden durch chemische Substanzen wie Säuren und Laugen nicht so leicht angegriffen und können auch in rauen Umgebungen lange Zeit stabil betrieben werden. Ihre Isolationsleistung ist ebenfalls hervorragend und eignet sich daher für Hochspannungsisolationen. Darüber hinaus weisen Zirkonoxidkeramiken einen extrem hohen Schmelzpunkt und eine hohe Temperaturstabilität auf und können daher auch in Hochtemperaturumgebungen lange eingesetzt werden.
2. Anwendungsgebiete
Es findet breite Anwendung in Bereichen wie der High-End-Fertigung, Elektronik, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und Chemieingenieurwesen. In der Elektronik kann es zur Herstellung von Sensoren, Kondensatoren usw. verwendet werden. Im Bereich der Medizintechnik kann es aufgrund seiner guten Biokompatibilität zur Herstellung von Implantaten wie künstlichen Gelenken verwendet werden.
Siliziumkarbid (SiC)-Keramiksubstrat
1. Leistungsmerkmale
Das Siliziumkarbid-Keramiksubstrat weist eine extrem hohe Härte auf, die fünfmal höher ist als die von Stahl und dreimal höher als die von Aluminium. Es weist außerdem eine hohe Festigkeit auf, und seine Zugfestigkeit kann über 400 MPa erreichen. Siliziumkarbid ist hochtemperaturbeständig, hat einen hohen Schmelzpunkt und ist beständig gegen thermische Schocks. Die Betriebstemperatur liegt im Allgemeinen zwischen 1200 °C und 1600 °C.
Es ist stark oxidationsbeständig, widersteht Oxidationskorrosion bei hohen Temperaturen und ist stabil in der Luft einsetzbar. Siliziumkarbid zeichnet sich durch gute Verschleißfestigkeit, hohe Härte und einen geringen Reibungskoeffizienten aus. Gleichzeitig verfügt es über eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit, die zwei- bis dreimal höher ist als die von Metallen, was eine effektive Wärmeableitung ermöglicht, und weist eine gute chemische Stabilität auf.
2. Anwendungsgebiete
Keramiksubstrate aus unterschiedlichen Materialien haben hinsichtlich ihrer Leistung ihre eigenen Vor- und Nachteile. In der Praxis ist es notwendig, Faktoren wie Wärmeleitfähigkeit, Isolierung, mechanische Festigkeit, Kosten und Verarbeitungsschwierigkeiten entsprechend den spezifischen Anforderungen umfassend zu berücksichtigen und das am besten geeignete Material für das Keramiksubstrat auszuwählen. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Elektronik steigen auch die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit von Keramiksubstraten stetig. Auch in Zukunft werden Keramiksubstrate aus verschiedenen Materialien hinsichtlich Leistungsoptimierung und Kostenkontrolle innovativ sein.