Comparación a gran escala del rendimiento de sustratos cerámicos de diferentes materiales
En el campo del encapsulado electrónico, los sustratos cerámicos, gracias a sus excelentes propiedades eléctricas, térmicas y mecánicas, se han convertido en materiales clave para el funcionamiento estable de los dispositivos electrónicos. Cada sustrato cerámico, fabricado con diferentes materiales, presenta características de rendimiento únicas y desempeña un papel importante en diversos escenarios de aplicación. Hoy, analizaremos en profundidad varios tipos comunes de sustratos cerámicos y compararemos sus diferencias de rendimiento.
Sustrato cerámico de alúmina (Al₂O₃)
El sustrato cerámico de alúmina es uno de los más utilizados actualmente. Según los diferentes contenidos de óxido de aluminio, los más comunes son del 96%.sustrato cerámico de alúminay sustratos cerámicos de alúmina al 99%.
El 96%sustrato cerámico de alúminaPresenta alta dureza, resistencia y resistencia al desgaste. Su costo es relativamente bajo y su procesamiento es eficiente, pudiendo procesarse mediante corte, taladrado y otros métodos. En aplicaciones con baja temperatura y baja intensidad de campo eléctrico, su constante dieléctrica y pérdida dieléctrica presentan un excelente rendimiento, y su transmisión de señal es buena. Sin embargo, su pureza es relativamente menor que la del sustrato de óxido de aluminio al 99%, y su constante dieléctrica y pérdida dieléctrica también son ligeramente superiores. Es propenso a fracturas frágiles en entornos de alta temperatura.
El 99%sustrato cerámico de alúminaPresenta mayor pureza química, densidad y dureza, excelentes propiedades eléctricas, una constante dieléctrica relativamente alta y bajas pérdidas dieléctricas. Posee una excelente estabilidad a altas temperaturas y puede soportar temperaturas de hasta 1700 °C. También posee alta resistencia mecánica y una fuerte resistencia a la corrosión. Además, se puede preparar en una capa relativamente delgada.sustrato cerámico de alúminaEsto resulta beneficioso para la preparación de dispositivos microelectrónicos. Sin embargo, su costo es relativamente alto y la dificultad de procesamiento también es mayor.
2. Campos de aplicación
El sustrato cerámico de alúmina al 96 % se utiliza comúnmente en componentes electrónicos de baja potencia, sensores, condensadores, relés miniatura, componentes de microondas, etc. En estos casos, donde el coste es un factor importante y los requisitos de rendimiento son relativamente menos estrictos, puede aprovechar al máximo sus ventajas. El sustrato cerámico de alúmina al 99 % es más adecuado para LED de alta potencia, circuitos integrados de alto voltaje, sensores de alta temperatura, componentes electrónicos de alta frecuencia, etc., ya que cumple con los estrictos requisitos de estabilidad a alta temperatura, propiedades eléctricas y resistencia mecánica de los materiales.
Sustrato cerámico de circonio (ZrO₂)
1. Características de rendimiento
El sustrato cerámico de zirconio se caracteriza por su alta resistencia y dureza. Su dureza suele superar HRA90 e incluso HRA95, diez veces superior a la del acero. Su resistencia puede alcanzar los 900 MPa a temperatura ambiente y mantener un nivel relativamente alto a altas temperaturas. Presenta buena resistencia al desgaste y una gran planitud superficial.
La cerámica de zirconio posee una alta inercia química y una excelente resistencia a la corrosión. No se erosiona fácilmente con sustancias químicas como ácidos y álcalis, y puede funcionar de forma estable durante mucho tiempo en entornos hostiles. Su excelente rendimiento de aislamiento también la hace ideal para materiales de aislamiento de alta tensión. Además, la cerámica de zirconio posee un punto de fusión extremadamente alto y una gran estabilidad térmica, lo que la hace ideal para su uso prolongado en entornos de alta temperatura.
2. Campos de aplicación
Se aplica ampliamente en campos como la manufactura de alta gama, la electrónica, la industria aeroespacial, los dispositivos médicos y la ingeniería química. En el campo de la electrónica, se puede utilizar para fabricar sensores, condensadores, etc. En el campo de los dispositivos médicos, gracias a su buena biocompatibilidad, se puede utilizar para fabricar implantes como prótesis articulares.
Sustrato cerámico de carburo de silicio (SiC)
1. Características de rendimiento
El sustrato cerámico de carburo de silicio posee una dureza extremadamente alta, cinco veces superior a la del acero y tres veces superior a la del aluminio. También posee una alta resistencia, pudiendo alcanzar una resistencia a la tracción superior a 400 MPa. El carburo de silicio posee buena resistencia a altas temperaturas, con un punto de fusión elevado, y puede soportar choques térmicos de alta temperatura. Generalmente, su temperatura de servicio oscila entre 1200 °C y 1600 °C.
Presenta una fuerte resistencia a la oxidación y a la corrosión por oxidación a altas temperaturas, además de ser estable en el aire. El carburo de silicio posee buena resistencia al desgaste, alta dureza y un bajo coeficiente de fricción. Además, posee una excelente conductividad térmica, de 2 a 3 veces superior a la de los metales, lo que permite una disipación térmica eficaz, y también posee una buena estabilidad química.
2. Campos de aplicación
Los sustratos cerámicos de diferentes materiales presentan ventajas y desventajas en cuanto a rendimiento. En la práctica, es necesario considerar exhaustivamente factores como la conductividad térmica, el aislamiento, la resistencia mecánica, el coste y la complejidad del procesamiento según los requisitos específicos, para seleccionar el material más adecuado. Con el continuo desarrollo de la tecnología electrónica, los requisitos de rendimiento de los sustratos cerámicos también aumentan constantemente. En el futuro, los sustratos cerámicos de diversos materiales seguirán innovando en términos de optimización del rendimiento y control de costes.