Keramische Substrate oder Platten werden aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit, hohen elektrischen Isolierung, Korrosionsbeständigkeit und hohen Verschleißfestigkeit in verschiedenen Branchen eingesetzt. Substrate sind ein wesentlicher Bestandteil der neuesten Entwicklungen. Denn sie bieten grundlegende Unterstützung und sind wichtige Komponenten elektrischer Schaltkreise.
Lesen Sie diesen Blog bis zum Ende weiter, um mehr über die wichtigsten Keramiksubstrate, wie sie Metalle in elektronischen 3C-Geräten ersetzen, ihre Anwendungen und ihre Vorteile zu erfahren.
Die drei häufigsten Keramiksubstrate sind Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid und Berylliumoxid.
1 Keramiksubstrat aus Aluminiumoxid (Al2O3): Es ist eines der beliebtesten Keramiksubstrate. Die Oberfläche von Aluminiumoxid ist glatt und weist eine geringe Porosität auf. Es wird in der Industrie, im Bereich erneuerbare Energien und in der Fahrzeugelektrifizierung eingesetzt. Es wird zur Herstellung von biomedizinischen Implantaten, Hochtemperatur-Ofenrohren und Katalysatoren verwendet.
2 Aluminiumnitrid (AlN)-Keramiksubstrat: Es bietet hohe mechanische Festigkeit, Beständigkeit gegen chemische Produkte, hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit sowie hohe elektrische Isolierung. Sie werden hauptsächlich in Sinteranlagen, Ofenbauelementen, der Medizintechnik und elektronischen Sensoren eingesetzt.
3 Berylliumoxid (BeO)-Keramiksubstrat: Dies ist der beste Wärmeleiter und elektrische Isolator. Seine elektrische Isolierung ähnelt der von Aluminiumoxid. Es wird üblicherweise bei der Herstellung von elektronischen Isolatoren und Substraten verwendet, die eine effektive Wärmeableitung benötigen, um die Leistung und Stabilität der Geräte zu gewährleisten. Sie werden in Mikrowellengeräten, Vakuumröhren, Magnetrons und Gaslasern eingesetzt.
Warum sollten Sie sich für Keramiksubstrate entscheiden?
Keramiksubstrate verfügen über hervorragende Eigenschaften, die sie für den Einsatz in elektronischen Geräten geeignet machen. Keramik ist aufgrund ihrer hervorragenden thermischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften nachweislich besser als Metalle. Nachfolgend sind einige ihrer wichtigsten Eigenschaften aufgeführt:
1 Physikalische Eigenschaften: Die physikalischen Eigenschaften eignen sich am besten für tragbare Geräte, da für deren Herstellung leichtes Material erforderlich ist. Das Trägermaterial reduziert das Nettogewicht des Geräts.
2 Chemische Eigenschaften: Das organische Substrat ist hochtemperaturbeständig und korrosions- und oxidationsbeständig. Aufgrund seiner isolierenden Eigenschaften eignet es sich optimal für den Einsatz in elektrischen Geräten.
3 Mechanische Eigenschaften: Keramik bietet eine hohe Verschleißfestigkeit und ermöglicht so eine lang anhaltende Leistung, wie Sie bereits gelesen haben. Dadurch eignen sie sich perfekt für Hochleistungsrechner und 5G-Kommunikationsgeräte.
Metallsubstrate wurden aufgrund ihrer Leitfähigkeit und Robustheit schon immer in der 3C-Elektronik verwendet. Mit dem technologischen Fortschritt treten jedoch Probleme wie unzureichende Wärmeableitung, Korrosionsgefahr und das hohe Gewicht von Metallsubstraten auf. Diese Mängel beeinträchtigen die Funktion und Haltbarkeit moderner elektronischer Geräte.
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, werden heute Keramiken eingesetzt, die sich in der 3C-Elektronik als wirksam erwiesen haben.
Anwendungen von Keramiksubstraten in der 3C-Elektronik
Es gibt viele Anwendungen für Keramiksubstrate. Einige davon sind:
1 Unterhaltungselektronik: Keramiksubstrate werden häufig in der Unterhaltungselektronik eingesetzt. Sie werden in Smartphones verwendet, um die Gerätedicke zu reduzieren und das Wärmemanagement zu verbessern. Keramiksubstrate sind langlebig und leicht und eignen sich daher für tragbare Geräte.
2 Computergeräte: Die Hauptfunktion von Keramiksubstraten besteht in der Wärmeableitung für eine kontinuierliche Leistung. Laptops und Tablets erfordern Langlebigkeit und Mobilität, die Keramik bietet.
3 Kommunikationsgeräte: Keramiksubstrate sind zu einem wesentlichen Bestandteil von Basisstationsmodulen, Antennen und Leistungsverstärkern geworden. Dies ist hauptsächlich auf die Weiterentwicklung des 5G-Netzes zurückzuführen.
Vorteile von Keramiksubstraten
Keramiksubstrate bieten zahlreiche Vorteile. Einige davon sind unten aufgeführt:
1 Nachhaltig: Keramiksubstrate verbessern die Tragbarkeit durch ihr geringes Gewicht und reduzieren das Gewicht des Geräts zusätzlich. Keramik ist im Vergleich zu Metallen umweltfreundlicher. Sie unterstützt zudem umweltfreundliche Produktionstechniken.
2 Anpassungsfähigkeit an Umweltbedingungen: Keramik ist dafür bekannt, rauen Umgebungen wie hohen Temperaturen, hoher Luftfeuchtigkeit und korrosiven Bedingungen standzuhalten. Elektronische Geräte halten dank der Flexibilität von Keramik länger. Zudem erfordert sie weniger Wartung und Reparaturen.
3 Leistungsverbesserungen: Keramik trägt zur Verbesserung der Gesamtleistung bei. Sie leitet die Wärme effizient ab und reduziert das Risiko einer Überhitzung. Dadurch eignet sie sich perfekt für den Einsatz in Hochfrequenz-Kommunikationsanwendungen, die eine regelmäßige und zuverlässige Leistung gewährleisten.
Verwendung von Keramik in ICs und Halbleitern
IC-Verpackung (Integrierte Schaltkreise)
ICs bestehen aus miteinander verbundenen Siliziumchip-Komponenten. Keramikgehäuse sorgen in integrierten Schaltkreisen für elektrische Isolierung und hermetische Abdichtung.
Halbleiter
Die wichtigste Keramik im Halbleitersektor ist Quarzglas. Quarzglas wird in Tiegeln für Siliziumblöcke, Reaktoren für die epitaktische Siliziumabscheidung, Waferträgern, Einzelwafer-Verarbeitungsanlagen und Nassätztanks verwendet.
Aluminiumoxid wird auch in Anlagen zur Verarbeitung von Halbleiterwafern eingesetzt. Dies liegt an seinen elektrischen und thermischen Isoliereigenschaften. Es bietet eine niedrige Dielektrizitätskonstante und Verluste, eine hohe Wärmeleitfähigkeit und die chemische Stabilität, die für die Leistung und Zuverlässigkeit von IC-Substraten und die Herstellung keramischer Halbleitermaterialien erforderlich sind.
Keramik-Leiterplatten
Keramik ist ein hervorragender Isolator, der den Stromfluss verhindert. Sie wird häufig in der Hochfrequenzelektronik, LED-Beleuchtung und Leistungselektronik eingesetzt. Dies liegt im Allgemeinen daran, dass sie Wärme ableitet und so Leistung und Langlebigkeit verbessert. Keramik wird auch als Trägermaterial für Leiterplatten verwendet. Keramik-Leiterplatten werden hauptsächlich in Anwendungen eingesetzt, die einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) erfordern, sowie in Schaltungen, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit erfordern.
Keramikleiterplatten werden auch in der Leistungselektronik eingesetzt, um hohe Temperaturen zu bewältigen und die für eine optimale Wärmeableitung erforderliche thermische Stabilität zu gewährleisten. Keramikleiterplatten sind flexibel und langlebig. Daher können sie individuell angepasst werden, um komplexe mechanische und elektrische Designs zu realisieren.
FR-4 (Flame Retardant-4) gilt als Standardmaterial für die Herstellung von Leiterplatten. Es handelt sich um ein glasfaserverstärktes Epoxidharz-Laminat, das als keramisches Leiterplattenmaterial verwendet wird. Der übliche FR4-Wärmeausdehnungskoeffizient liegt bei 14 bis 17 ppm/°C.
Sie müssen wissen, wie man Rohre misst. Dies hilft Ihnen, die passenden Rohre auszuwählen und Ihre Anforderungen zu erfüllen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Rohre zu messen. Einige davon sind unten aufgeführt:
1 Außendurchmesser (OD): Sie können den Außendurchmesser von Rohren messen. Messen Sie dazu einfach von einem Außenumriss des Rohrs zum gegenüberliegenden. Der Abstand zwischen den beiden Punkten ergibt den Außendurchmesser. Der Außendurchmesser umfasst auch die Dicke des Rohrs.
2 Innendurchmesser (ID): Sie müssen den Innendurchmesser der Rohre messen. Dadurch erhalten Sie das Volumen des Rohrs und können genau bestimmen, wie viel Substanz es aufnehmen kann. Messen Sie dazu den Innendurchmesser des Rohrs von einem Ende bis zum gegenüberliegenden. Der Abstand zwischen den beiden Punkten entspricht dem Innendurchmesser. Der Innendurchmesser berücksichtigt nicht die Rohrdicke.
3 Nennweite (NPS): Die NPS gibt die allgemeine Größe des Rohrs an. Sie lässt sich ermitteln, indem man den Innendurchmesser mit der halben Rohrdicke addiert. Daraus ergibt sich die Nennweite des Rohrs. Beträgt die NPS eines Rohrs beispielsweise 4, dann beträgt der Außendurchmesser 4,5 Zoll und nicht 4 Zoll.
Abmessungen von AD, ID und NPS
Um die Rohre genau messen zu können, ist es wichtig, die Abmessungen des Außendurchmessers, des Innendurchmessers und der Nennweite zu kennen. Die Abmessungen lauten wie folgt:
Außendurchmesser (OD): Wenn Sie den Außendurchmesser eines 1-Zoll-Rohrs messen möchten, werden Sie überrascht sein, dass er 1,342 Zoll und nicht 1 Zoll beträgt. Dies liegt daran, dass auch die Materialdicke berücksichtigt wird.
Innendurchmesser (ID): Der Innendurchmesser ist kleiner als der Außendurchmesser, da er die Rohrdicke nicht berücksichtigt. Beispielsweise beträgt der Innendurchmesser eines 2-Zoll-Schedule-40-Rohrs mit einem Außendurchmesser von 2,375 Zoll 2,067 Zoll.
Bei der Auswahl von PVC-Rohren wird in der Regel auf den Innendurchmesser geachtet. So erhalten Sie die richtige Größe. Die Berücksichtigung des Außendurchmessers kann zu einem größeren PVC-Rohr als erforderlich führen.
Nennweite (NPS): Der NPS-Wert ist im Allgemeinen kleiner als der Außendurchmesser. Bei einer Nennweite von 2 Zoll beträgt der Außendurchmesser 2,375 Zoll. Es handelt sich um einen Standardsatz von Rohrgrößen, der in Nordamerika hergestellt wird.
Dicke der Rohrwände
Rohrwände sind in verschiedenen Stärken erhältlich. Diese werden als Schedule bezeichnet. Die gängigste Rohrstärke ist 40. Für Rohre mit höherer Stärke und Festigkeit können Sie Schedule 80 verwenden. Dickere Wände machen das Rohr somit robuster und langlebiger.
Abschluss
Nach der Lektüre dieses Blogs haben Sie ausreichend Wissen über die drei Keramiksubstrate gewonnen, die Metalle in 3C-Elektronikgeräten ersetzt haben. Sie bieten verschiedene Vorteile wie Nachhaltigkeit, Umweltverträglichkeit und Leistungsverbesserungen. Keramiksubstrate werden auch in integrierten Schaltkreisen und Halbleitern eingesetzt.