Sustrato cerámico y sus usos

Sustratos cerámicos han ido ganando popularidad con los avances en ingeniería, ciencia y tecnología. La utilidad de sustratos cerámicos es incomparable en sectores como el automóvil, la electrónica y las energías renovables. Sustrato cerámico Se diferencia de los materiales en términos de durabilidad, vida útil, conductividad y estabilidad térmica que contribuyen a la funcionalidad general.

Sustrato cerámico: una descripción detallada

Sustratos cerámicos Son materiales cerámicos avanzados que ofrecen ventajas competitivas al usarse como base. Proporcionan una base duradera y resistente para componentes de electrónica, industria y automoción. Su superficie suele ser lisa y uniforme, y en general, rectangular.

Propiedades de los sustratos cerámicos

Como se mencionó, los sustratos cerámicos tienen propiedades superiores en comparación con sus contrapartes competitivas.

Tipos de sustratos cerámicos y sus usos

Sustratos cerámicos Existen diferentes tipos según la constitución del material. Las propiedades ventajosas de cada material permiten a los ingenieros utilizar el sustrato cerámico necesario para la aplicación deseada. A continuación, se enumeran diferentes sustratos cerámicos:

Sustrato de cerámica de alúmina

Alúmina La cerámica es multiusos. Se utiliza ampliamente en aplicaciones que requieren buena estabilidad térmica. La cerámica de alúmina es un aislante perfecto. Además, ofrece una mayor resistencia a la corrosión, lo que la convierte en una opción ideal. convertidores catalíticos de sustrato cerámico.

La cerámica de alúmina es un buen material para sensores. Su capacidad para resistir entornos hostiles, su resistencia al calor y su bajo peso la convierten en el material ideal para sensores. Los sensores de cerámica de alúmina ofrecen resistencia al desgaste y una mayor vida útil. También se utilizan en microelectrónica por su estabilidad estructural.

La cerámica de alúmina también ha conquistado el sector automotriz. Se dice que, al usarla en la carrocería del motor, aumenta la eficiencia hasta 46 %. Su capacidad de aislamiento térmico y resistencia retienen la energía dentro del sistema. Esto ha beneficiado al usuario final al minimizar el consumo de combustible.

La cerámica de alúmina también se utiliza como amortiguador en automóviles. En los coches inteligentes, si se utiliza, reduce las vibraciones causadas al circular por superficies o terrenos irregulares.

Sustrato cerámico de nitruro de aluminio (cerámica ALN)

Cerámica Aln Estos materiales son conocidos por su conductividad térmica superior. También ofrecen un mayor aislamiento eléctrico, lo que los convierte en una opción ideal para sustrato electrónicoComo sugiere el nombre Sustrato de nitruro de aluminio Se compone principalmente de alúmina alrededor de 65% y nitrógeno 34%.

La conductividad térmica de Sustrato de ALN Está muy por encima de la cerámica de alúmina. Cerámica Aln Tiene una conductividad térmica de alrededor de 170 W/mK. Ofrece buenas propiedades mecánicas en torno a los 450 MPa y se utiliza frecuentemente en aplicaciones industriales. Es resistente a la corrosión y presenta una constante dieléctrica menor.

La expansión térmica de Cerámica Aln Es menor en comparación con el silicio, que se utiliza en chips. Además, ofrece una pureza extrema.

Aplicaciones de Cerámica de nitruro de aluminio 

• Sustratos de Aln se utilizan en sensores electrónicos
• Son buenos materiales para hornos debido a su mayor estabilidad térmica.
• Desde Cerámica Aln No son corrosivos y pueden utilizarse como materiales catalíticos.
• Láminas de nitruro de aluminio Se utilizan como sustratos semiconductores. Ofrecen una buena disipación del calor gracias a su mayor conductividad térmica.
• Debido a una mayor resistividad eléctrica, Sustrato de Aln Se utilizan como materiales aislantes en aplicaciones de energía.
• En equipos de microondas Cerámica Aln se utilizan como Envases de cerámica materiales

Sustratos de nitruro de silicio (Si3N4)

Cerámica de nitruro de silicio Ofrecen buena conductividad térmica y una resistencia mecánica superior. Se utilizan a menudo como sustratos electrónicos. A diferencia de Sustrato de nitruro de aluminio y sustrato de alúmina, Si3N4 Los sustratos se destacan por su mayor potencia de salida, compacidad y ligereza.

Aplicaciones de la cerámica de nitruro de silicio

• Fabricado en forma de placas delgadas de silicio. Cerámica de nitruro Ofrecen una excelente disipación térmica que se utiliza en electrónica de potencia.
• Las aplicaciones de semiconductores de alta temperatura de la actualidad prefieren Si3N4 cerámica debido a su extrema estabilidad a temperaturas elevadas.
• La tecnología moderna de sensores también utiliza Nitruro de silicio (Si3N4) en el campo aeroespacial, médico y otras aplicaciones industriales.

Comparación entre diferentes tipos de sustratos cerámicos

Echemos un vistazo a la tabla comparativa que se muestra a continuación. Diferentes propiedades pertenecientes a la sustratos cerámicos Se proporcionan como referencia. Los datos le ayudan a elegir el ideal. sustrato cerámico material para la aplicación deseada.

Sustrato cerámico en electrónica

Los avances en la tecnología de materiales y las invenciones relacionadas han hecho que la cerámica sea beneficiosa en diversos campos de la ingeniería. Se considera incomparable, ofreciendo numerosas ventajas técnicas. Dado que se requiere una ingeniería robusta y una larga vida útil para aplicaciones a largo plazo, la cerámica se utiliza a menudo en diversos sectores.

¿Qué es la electrónica de sustrato?

Electrónica de sustrato Son, en general, un campo emergente con un inmenso potencial. Atrás quedaron las épocas de las PCB metálicas y los diseños tediosos. La introducción de la cerámica en las PCB ha abierto las puertas a una mejor funcionalidad.

Los sustratos de las placas de circuito impreso son básicamente cualquier material rígido al que se incorporan los circuitos esenciales. El diseño de las placas de circuito requiere mayor precisión. El material más utilizado a nivel mundial es el epoxi reforzado con fibra debido a su rigidez y otras propiedades.

Sin embargo, los avances modernos han demostrado que la cerámica puede utilizarse con éxito como sustrato para PCB. Analicemos la electrónica y los avances de la ciencia de los materiales en este campo.

PCB de sustrato cerámico

La placa de circuito impreso de nueva generación es popular gracias a su ligereza y tamaño miniatura. Su facilidad de uso es otra característica que la ha convertido en una opción muy popular entre los diseñadores de PCB. PCB de sustrato cerámico Tiene menor coeficiente de expansión térmica y mayor conductividad térmica.

El rango promedio de conductividad térmica de PCB de sustrato cerámico es de alrededor de 9 – 20 W/mK. PCB de sustrato cerámico Son simplemente placas de circuito impreso montadas sobre un sustrato cerámico. El material del sustrato se elige según el tipo de aplicación. Los materiales de sustrato más comunes, como se mencionó anteriormente, son la alúmina, Cerámica Aln y Si3N4

Ventajas de la PCB con sustrato cerámico

• A diferencia de las PCB revestidas de metal, las PCB con sustrato cerámico ofrecen mayores propiedades de disipación de calor. Estas PCB electrónicas sustrato Permite que el calor pase fácilmente a través de la placa ya que no hay capas de aislamiento
• PCB de sustrato cerámico Ofrece mayor compatibilidad térmica gracias a su menor coeficiente de expansión y mayor estabilidad térmica. Esta estabilidad se observa a menudo por encima de la temperatura de trabajo de 350 °C.
• Sustrato electrónico Fabricados en cerámica son resistentes a cualquier erosión química por el contacto de metales fundidos en la PCB.
• La propiedad dieléctrica de la PCB de cerámica también garantiza que el sistema una vez utilizado en cualquier dispositivo electrónico funcione perfectamente.

Cobre unido directamente

Estos se fabrican uniendo cobre a un sustrato cerámico Bajo un proceso de fusión-difusión a alta temperatura. La contraparte cerámica popular puede ser alúmina o Sustrato de Aln. El sustratos dbc Son útiles en el campo de la alimentación de CC y la aplicación electrónica relacionada.

Ventajas de los sustratos DBC

• La amalgama de compuestos de mayor pureza con un sustrato contribuye a una disipación de calor superior en Sustratos DBC.
• La tensión inducida térmicamente sobre los componentes se gestiona muy bien en Sustratos DBC.
• Una temperatura de trabajo de soldadura de entre 170 y 800 grados es técnicamente viable. Esta temperatura no deteriora los materiales adyacentes.
• Como otros sustratos cerámicos ofrecen resistencia a la corrosión y mayor estabilidad mecánica.
• La capacidad de ciclo de potencia de Sustratos DBC Combina con el silicio, lo que los hace útiles en electrónica.
• Los elementos conductores de la PCB están grabados sobre una capa de cobre en sustratos DBC. Este sustrato separa el sistema de las secciones adyacentes y evita cortocircuitos.
• Secciones específicas donde Sustratos de cobre unidos directamente Se utilizan en las industrias de células solares, tecnología láser, suministro de energía y aeroespacial.

Conclusión

El mundo moderno está dotado de inventos técnicos y sus beneficios distintivos. Por supuesto, Sustratos cerámicos Ocupan un lugar especial en la tecnología de materiales. Sus incomparables beneficios lo convierten en el material ideal para aplicaciones en los campos de la electrónica, la industria, las energías renovables y muchos más.