Keramiksubstrat und seine Verwendung

Keramische Substrate haben mit den Fortschritten in Ingenieurwesen, Wissenschaft und Technologie an Popularität gewonnen. Der Nutzen von keramische Substrate ist in Sektoren wie der Automobilindustrie, der Elektronik und der erneuerbaren Energien konkurrenzlos. Keramiksubstrat unterscheidet sich von Materialien hinsichtlich Haltbarkeit, Lebensdauer, Leitfähigkeit und thermischer Stabilität, die zur Gesamtfunktionalität beitragen.

Keramiksubstrat: eine detaillierte Übersicht

Keramische Substrate sind hochentwickelte Keramikwerkstoffe, die als Trägermaterial Wettbewerbsvorteile bieten. Sie bilden eine langlebige und robuste Basis für Produkte aus den Bereichen Elektronik, Industrie und Automobil. Die Oberfläche ist oft glatt und gleichmäßig und meist rechteckig.

Eigenschaften von Keramiksubstraten

Wie bereits erwähnt, verfügen Keramiksubstrate im Vergleich zu Konkurrenzprodukten über bessere Eigenschaften.

Arten von Keramiksubstraten und ihre Verwendung

Keramische Substrate Es gibt verschiedene Typen, abhängig von der Materialzusammensetzung. Die vorteilhaften Eigenschaften der einzelnen Materialien helfen den Ingenieuren, das passende Keramiksubstrat für die gewünschte Anwendung zu finden. Hier sind verschiedene Keramiksubstrate aufgeführt:

Aluminiumoxid-Keramiksubstrat

Aluminiumoxid Keramik ist eine Mehrzweckkeramik. Sie wird häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine gute thermische Stabilität erfordern. Aluminiumoxidkeramik ist ein perfekter Isolator. Sie bietet außerdem eine höhere Korrosionsbeständigkeit und eignet sich daher ideal für Katalysatoren mit Keramiksubstrat.

Aluminiumoxidkeramik eignet sich gut als Sensormaterial. Ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber rauen Umgebungsbedingungen, ihre Hitzebeständigkeit und ihr geringes Gewicht machen sie zu einem idealen Material für Sensoren. Sensoren aus Aluminiumoxidkeramik sind verschleißfest und langlebig. Aufgrund ihrer strukturellen Stabilität werden sie auch in der Mikroelektronik eingesetzt.

Aluminiumoxidkeramik hat mittlerweile auch die Automobilbranche erobert. Im Motorgehäuse eingesetzt, soll Aluminiumoxidkeramik den Wirkungsgrad um bis zu 46 % steigern. Ihre Wärmedämmung und Widerstandsfähigkeit speichern Energie im System. Dies kommt dem Endverbraucher zugute, da er den Kraftstoffverbrauch minimiert.

Aluminiumoxidkeramik wird auch als Stoßdämpfer in Autos eingesetzt. In Smart Cars reduzieren sie die Vibrationen, die beim Fahren auf unebenem Untergrund oder Gelände entstehen.

Aluminiumnitrid-Keramiksubstrat (ALN-Keramik)

Aln-Keramik Materialien sind für ihre hervorragende Wärmeleitfähigkeit bekannt. Sie bieten außerdem eine höhere elektrische Isolierung, was sie ideal für elektronisches SubstratWie der Name schon sagt Aluminiumnitridsubstrat besteht hauptsächlich aus Aluminiumoxid, etwa 65% und 34% Stickstoff.

Die Wärmeleitfähigkeit von ALN-Substrat liegt deutlich über Aluminiumoxidkeramik. Aln Keramik hat eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 170 W/mK. Sie bieten gute mechanische Eigenschaften von etwa 450 MPa und werden häufig in industriellen Anwendungen eingesetzt. Sie sind korrosionsbeständig und weisen eine geringere Dielektrizitätskonstante auf.

Die thermische Ausdehnung von Aln-Keramik ist im Vergleich zu Silizium, das in Chips verwendet wird, geringer. Sie weisen außerdem eine extreme Reinheit auf.

Anwendungen von Aluminiumnitrid-Keramik 

• Aln-Substrate werden in elektronischen Sensoren verwendet
• Sie sind gute Ofenmaterialien aufgrund ihrer höheren thermischen Stabilität
• Seit Aln-Keramik sind nicht korrosiv und können als Katalysatormaterialien verwendet werden.
• Aluminiumnitridplatten werden als Halbleitersubstrate verwendet. Aufgrund ihrer höheren Wärmeleitfähigkeit bieten sie eine gute Wärmeableitung.
• Aufgrund des höheren elektrischen Widerstands Aln-Substrat werden als Isoliermaterialien in Energieanwendungen verwendet.
• In Mikrowellengeräten Aln Keramik werden verwendet als Keramikverpackungen Materialien

Siliziumnitrid (Si3N4)-Substrate

Siliziumnitridkeramik bietet eine gute Wärmeleitfähigkeit und hohe mechanische Festigkeit. Sie werden oft verwendet als elektronische SubstrateIm Gegensatz zu Aluminiumnitridsubstrat und Aluminiumoxidsubstrat, Si3N4 Substrate zeichnen sich durch höhere Leistungsabgabe, Kompaktheit und geringes Gewicht aus.

Anwendungen von Siliziumnitridkeramik

• Hergestellt in Form von dünnen Platten Silizium Nitridkeramik bieten eine hervorragende Wärmeableitung, die in der Leistungselektronik genutzt wird.
• Hochtemperatur-Halbleiteranwendungen von heute bevorzugt Si3N4 Keramik aufgrund ihrer extremen Stabilität bei erhöhten Temperaturen.
• Moderne Sensorik nutzt zudem Siliziumnitrid (Si3N4) im Bereich der Luft- und Raumfahrt, der Medizin und anderer industrieller Anwendungen.

Vergleich zwischen verschiedenen Arten von Keramiksubstraten

Werfen wir einen Blick auf die unten stehende Vergleichstabelle. Verschiedene Eigenschaften der keramische Substrate dienen als Referenz. Die Daten helfen Ihnen bei der Auswahl des idealen Keramiksubstrat Material für Ihre gewünschte Anwendung.

Keramiksubstrat in der Elektronik

Die Fortschritte in der Materialtechnologie und die damit verbundenen Erfindungen haben Keramik in verschiedenen Bereichen der Technik nutzbar gemacht. Sie gelten als unvergleichlich und bieten zahlreiche technische Vorteile. Da für den Langzeiteinsatz robuste Konstruktion und Langlebigkeit erforderlich sind, wird Keramik häufig in verschiedenen Branchen eingesetzt.

Was ist Substratelektronik?

Substratelektronik sind insgesamt ein aufstrebendes Feld mit enormem Potenzial. Vorbei sind die Zeiten von Metallleiterplatten und mühsamen Designs. Die Einführung von Keramik in Leiterplatten hat den Weg für eine bessere Funktionalität geebnet.

Die Substrate der Leiterplatten bestehen grundsätzlich aus starren Materialien, in die die wichtigen Schaltkreise integriert sind. Das Design der Leiterplatten erfordert höchste Präzision. Weltweit werden aufgrund ihrer Steifigkeit und anderer Eigenschaften bevorzugt faserverstärkte Epoxidharze verwendet.

Moderne Entwicklungen haben jedoch gezeigt, dass Keramik erfolgreich als Leiterplattensubstrat eingesetzt werden kann. Werfen wir einen Blick auf die Elektronik und die Auswirkungen der modernen Materialwissenschaft auf diesem Gebiet.

Leiterplatte mit Keramiksubstrat

Die neue Generation von Leiterplatten ist aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer Miniaturform beliebt. Die einfache Verarbeitung ist eine weitere Eigenschaft, die das Produkt bei PCB-Designern zu einem beliebten Produkt macht. Leiterplatte mit Keramiksubstrat hat einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine höhere Wärmeleitfähigkeit.

Der durchschnittliche Bereich der Wärmeleitfähigkeit von Keramiksubstrat-Leiterplatte liegt bei etwa 9 – 20 W/mK. Leiterplatte mit Keramiksubstrat sind Leiterplatten, die auf Keramiksubstrat montiert sind. Das Substratmaterial wird je nach Anwendungsart gewählt. Die beliebtesten Substratmaterialien sind Aluminiumoxid, Aln Keramik und Si3N4

Vorteile von Leiterplatten mit Keramiksubstrat

• Im Gegensatz zu metallbeschichteten Leiterplatten bieten Leiterplatten mit Keramiksubstrat bessere Wärmeableitungseigenschaften. Diese elektronischen Substrat lässt die Wärme leicht durch die Platine strömen, da keine Isolationsschichten vorhanden sind
• Leiterplatte mit Keramiksubstrat bietet aufgrund seines geringeren Ausdehnungskoeffizienten und seiner höheren thermischen Stabilität eine höhere thermische Verträglichkeit. Die Stabilität wird häufig oberhalb der Arbeitstemperatur von 350 °C beobachtet.
• Elektronisches Substrat Aus Keramik gefertigt, sind sie beständig gegen jegliche chemische Erosion und den Kontakt mit geschmolzenen Metallen auf der Leiterplatte.
• Die dielektrischen Eigenschaften der Keramik-Leiterplatte gewährleisten außerdem, dass das System nach der Verwendung in elektronischen Geräten einwandfrei funktioniert.

Direkt verbundenes Kupfer

Diese werden durch das Aufkleben von Kupfer auf eine Keramiksubstrat unter Hochtemperaturschmelz-Diffusionsprozess. Das beliebte keramische Gegenstück kann entweder Aluminiumoxid oder Aln-Substrat. Der DBC-Substrate sind im Bereich Gleichstrom und der damit verbundenen elektronischen Anwendung nützlich.

Vorteile von DBC-Substraten

• Die Verschmelzung der höher reinen Verbindungen mit einem Substrat trägt zu einer besseren Wärmeableitung bei DBC-Substrate.
• Die thermisch bedingte Belastung der Bauteile wird sehr gut bewältigt in DBC-Substrate.
• Technisch praktikabel ist eine Löttemperatur von ca. 170 – 800 Grad. Die Löttemperatur hat keine schädlichen Auswirkungen auf die angrenzenden Werkstoffe.
• Wie andere Keramiksubstrate bieten sie Korrosionsbeständigkeit und höhere mechanische Stabilität
• Die Power-Cycling-Fähigkeit von DBC-Substrate Übereinstimmungen mit Silizium, was sie in der Elektronik nützlich macht.
• Die leitfähigen Elemente der Leiterplatte werden auf die Kupferschicht des DBC-Substrats geätzt. Das Substrat sorgt dafür, dass das System von benachbarten Bereichen getrennt bleibt und Kurzschlüsse verhindert werden.
• Bestimmte Abschnitte, in denen Direkt verbundene Kupfersubstrate Verwendet werden unter anderem Solarzellen, Lasertechnologie, Stromversorgung und Luft- und Raumfahrt

Abschluss

Die moderne Welt ist mit technischen Erfindungen und ihren besonderen Vorteilen gesegnet. Natürlich Keramische Substrate nehmen in der Werkstofftechnik eine besondere Stellung ein. Die einzigartigen Vorteile des Materials machen es ideal für Anwendungen in den Bereichen Elektronik, Industrie, erneuerbare Energien und vielen mehr.