Substrats en céramique ont gagné en popularité grâce aux progrès de l'ingénierie, des sciences et des technologies. Leur utilité substrats céramiques est sans égal dans des secteurs tels que l’automobile, l’électronique et les énergies renouvelables. Substrat en céramique se distingue des matériaux en termes de durabilité, de durée de vie, de conductivité et de stabilité thermique qui contribuent à la fonctionnalité globale.
Substrat céramique : un aperçu détaillé
Substrats en céramique Ce sont des matériaux céramiques avancés offrant des avantages compétitifs lorsqu'ils sont utilisés comme fondations. Ils constituent une base durable et solide pour les composants des secteurs de l'électronique, de l'industrie et de l'automobile. Leur surface est souvent lisse et uniforme, et, dans une large mesure, rectangulaire.
Propriétés des substrats céramiques
Comme mentionné, les substrats en céramique ont des propriétés supérieures par rapport à leurs homologues concurrents.
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Propriétés |
Description |
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Durabilité |
La résistance à la compression plus élevée de substrat en céramique les rend adaptés aux applications nécessitant une stabilité structurelle. |
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Stabilité thermique |
Substrats en céramique peuvent résister à des températures élevées, ce qui les rend adaptés aux applications automobiles, industrielles et électroniques. |
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Conductivité électrique |
Substrat en céramique c'est un matériau isolant, ils peuvent être utilisés pour retarder le flux de courant. |
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Stabilité |
Substrat en céramique Ce matériau offre une bonne stabilité dimensionnelle. Cette propriété trouve son application en microélectronique. |
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Résistance à la corrosion |
Substrats en céramique sont des matériaux inertes, ce qui en fait un choix idéal pour Convertisseur catalytique à substrat céramique |
Types de substrats céramiques et leurs utilisations
Substrats en céramique Il existe différents types de substrats céramiques selon leur composition. Les propriétés avantageuses de chaque matériau permettent aux ingénieurs d'utiliser le substrat céramique adapté à l'application souhaitée. Voici une liste des différents substrats céramiques :
Substrat en céramique d'alumine
Alumine La céramique est une céramique polyvalente. Elle est largement utilisée dans les applications nécessitant une bonne stabilité thermique. Les céramiques d'alumine sont d'excellents isolants. Elles offrent également une meilleure résistance à la corrosion, ce qui en fait un choix idéal. convertisseurs catalytiques à substrat céramique.
Les céramiques d'alumine sont d'excellents matériaux pour les capteurs. Leur capacité à résister aux environnements difficiles, leur résistance à la chaleur et leur faible poids en font un matériau idéal pour les capteurs. Les capteurs en céramique d'alumine offrent une résistance à l'usure et une durée de vie plus longue. Ils sont également utilisés en microélectronique pour leur stabilité structurelle.
La céramique d'alumine a désormais conquis le secteur automobile. Utilisée dans la carrosserie des moteurs, elle est réputée pour augmenter le rendement jusqu'à 46 %. Son pouvoir d'isolation thermique et sa résistance permettent de conserver l'énergie au sein du système, ce qui permet à l'utilisateur final de minimiser sa consommation de carburant.
La céramique d'alumine est également utilisée comme amortisseur dans les voitures. Dans les voitures intelligentes, elle réduit les vibrations causées par les déplacements sur des surfaces ou terrains irréguliers.
Substrat en céramique de nitrure d'aluminium (céramique ALN)
Céramique Aln Ces matériaux sont reconnus pour leur excellente conductivité thermique. Ils offrent également une meilleure isolation électrique, ce qui les rend idéaux pour substrat électronique. Comme son nom l'indique Substrat en nitrure d'aluminium est composé principalement d'alumine autour de 65% et de 34% d'azote.
La conductivité thermique de substrat ALN est bien au-dessus de la céramique d'alumine. Céramique Aln Leur conductivité thermique est d'environ 170 W/mK. Ils offrent de bonnes propriétés mécaniques autour de 450 MPa et sont souvent utilisés dans des applications industrielles. Ils sont résistants à la corrosion et présentent une constante diélectrique plus faible.
La dilatation thermique de Céramique Aln est moindre que le silicium utilisé dans les puces. Ils présentent également une pureté extrême.
Applications de Céramique en nitrure d'aluminium
- Substrats Aln sont utilisés dans les capteurs électroniques
- Ce sont de bons matériaux pour les fours en raison de leur stabilité thermique plus élevée.
- Depuis Céramique Aln sont non corrosifs, ils peuvent être utilisés comme matériaux catalytiques.
- Feuilles de nitrure d'aluminium sont utilisés comme substrats semi-conducteurs. Ils offrent une bonne dissipation thermique grâce à leur conductivité thermique élevée.
- En raison d'une résistivité électrique plus élevée, Substrat Aln sont utilisés comme matériaux isolants dans les applications électriques.
- Dans les équipements à micro-ondes Céramique Aln sont utilisés comme Emballage en céramique matériels
Substrats en nitrure de silicium (Si3N4)
Céramique en nitrure de silicium offrent une bonne conductivité thermique et une résistance mécanique supérieure. Ils sont souvent utilisés comme substrats électroniques. Contrairement à Substrat en nitrure d'aluminium et substrat d'alumine, Si3N4 Les substrats excellent en termes de puissance de sortie, de compacité et de légèreté.
Applications de la céramique au nitrure de silicium
- Fabriqué sous forme de plaques minces de silicium céramique nitrure offrent une excellente dissipation thermique qui est utilisée dans l'électronique de puissance.
- Les applications de semi-conducteurs à haute température d'aujourd'hui sont privilégiées Si3N4 céramique en raison de leur extrême stabilité à des températures élevées.
- La technologie moderne des capteurs utilise également nitrure de silicium (Si3N4) dans le domaine de l'aérospatiale, de la médecine et d'autres applications industrielles.
Comparaison entre différents types de substrats céramiques
Regardons le tableau comparatif ci-dessous. Différentes propriétés relatives à substrats céramiques sont données à titre indicatif. Ces données vous aident à choisir la solution idéale. substrat en céramique matériel pour votre application souhaitée.
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TABLEAU COMPARATIF DES DIFFÉRENTS TYPES DE MATÉRIAUX CÉRAMIQUES |
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Nom du substrat céramique |
Céramique d'alumine |
Céramique Aln |
Nitrure de silicium (Si3N4) |
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Propriétés générales |
Apparence |
Blanc |
Blanc |
Blanc |
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Composition % |
96 - Al2O3 |
Aln |
Si3N4 |
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Capacité à absorber l'eau (%) |
0 |
0 |
– |
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Masse volumique apparente (g/cm3) |
3.74 |
3.3 |
3.2 |
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Réflectivité (%) |
94 |
30 |
– |
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Propriétés mécaniques |
Résistance à la flexion (MPA) - 3 points |
450 |
450 |
800 |
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Rugosité de surface |
0.2-0.75 |
0.3-0.6 |
0.55 |
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Ténacité à la rupture (MPam)1/2) |
3 |
3 |
6.5 |
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|
Dureté (GPa) |
14 |
11 |
15 |
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|
Élasticité (GPa) |
330 |
320 |
310 |
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Courbure |
<2 |
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Propriétés thermiques |
Coefficient de dilatation thermique (ppm/degC) |
6,5 – 7,5 |
2,5 – 3,5 |
3.3 |
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Conductivité thermique (W/mK) |
24 |
170 |
30-32 |
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Chaleur spécifique (Cp) |
750 |
720 |
680 |
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Propriétés électriques |
Constante diélectrique (1 MHz) |
9.8 |
8.5 |
7.8 |
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Rigidité diélectrique (MV/m) |
>15 |
>17 |
>14 |
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Perte diélectrique |
2 x 10-4 |
3 x 10-4 |
4 x 10-4 |
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Résistance volumique |
>1014 |
>1014 |
>1010 (25 degrés) |
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Substrat céramique en électronique
Les progrès de la technologie des matériaux et les inventions qui en découlent ont rendu la céramique avantageuse dans divers domaines de l'ingénierie. Elle est réputée pour ses nombreux avantages techniques incomparables. Robustesse et longévité étant essentielles pour une application à long terme, la céramique est souvent utilisée dans divers secteurs.
Qu'est-ce que l'électronique de substrat ?
Substrat électronique constituent un domaine émergent au potentiel immense. Fini le temps des circuits imprimés métalliques et des conceptions fastidieuses. L'introduction de la céramique dans les circuits imprimés a ouvert la voie à de meilleures fonctionnalités.
Les substrats des circuits imprimés sont généralement des matériaux rigides dans lesquels sont intégrés les circuits essentiels. Leur conception exige une précision accrue. L'époxy renforcé de fibres est le matériau le plus utilisé à l'échelle mondiale, en raison de sa rigidité et de ses autres propriétés.
Cependant, les progrès modernes ont démontré que la céramique peut être utilisée avec succès comme substrat de circuits imprimés. Examinons l'électronique et l'impact de la science des matériaux moderne sur ce domaine.
PCB à substrat céramique
Les circuits imprimés de nouvelle génération sont appréciés pour leur légèreté et leur format miniature. Leur facilité d'utilisation est une autre caractéristique qui en fait un produit très apprécié des concepteurs de circuits imprimés. PCB à substrat céramique a un coefficient de dilatation thermique inférieur et une conductivité thermique plus élevée.
La plage moyenne de conductivité thermique de PCB à substrat céramique est d’environ 9 à 20 W/mK. PCB à substrat céramique Il s'agit simplement de circuits imprimés montés sur un substrat céramique. Le choix du matériau du substrat dépend du type d'application. Les substrats les plus courants, comme indiqué précédemment, sont l'alumine. Céramique Aln et Si3N4
Avantages du PCB à substrat céramique
- Contrairement aux circuits imprimés à revêtement métallique, les circuits imprimés à substrat céramique offrent de meilleures propriétés de dissipation thermique. Ces circuits électroniques substrat laisse passer la chaleur à travers la carte facilement car il n'y a pas de couches d'isolation
- PCB à substrat céramique Offre une meilleure compatibilité thermique grâce à son faible coefficient de dilatation et à sa stabilité thermique supérieure. Cette stabilité est souvent observée au-delà de la température de fonctionnement de 350 °C.
- Substrat électronique fabriqués en céramique sont résistants à toute érosion chimique au contact des métaux en fusion dans le PCB.
- La propriété diélectrique du PCB en céramique garantit également que le système, une fois utilisé dans n'importe quel appareil électronique, fonctionne parfaitement.
Cuivre à liaison directe
Ceux-ci sont fabriqués en collant du cuivre sur un substrat en céramique procédé de fusion-diffusion à haute température. La céramique la plus courante peut être de l'alumine ou Substrat Aln. Le substrats dbc sont utiles dans le domaine de l'alimentation CC et des applications électroniques associées.
Avantages des substrats DBC
- L'amalgame des composés de plus haute pureté à un substrat contribue à une meilleure dissipation de la chaleur dans Substrats DBC.
- La contrainte thermique induite sur les composants est très bien gérée dans Substrats DBC.
- Une température de travail de soudage d'environ 170 à 800 degrés est techniquement viable. Cette température n'a aucun effet néfaste sur les matériaux adjacents.
- Comme d’autres substrats céramiques, ils offrent une résistance à la corrosion et une stabilité mécanique supérieure
- La capacité de cycle d'alimentation de Substrats DBC s'associent au silicium, ce qui les rend utiles en électronique.
- Les éléments conducteurs du circuit imprimé sont gravés sur la couche de cuivre des substrats DBC. Ce substrat assure la séparation du système des sections adjacentes et prévient les courts-circuits.
- Sections spécifiques où Substrats en cuivre à liaison directe sont utilisés, notamment les cellules solaires, la technologie laser, l'alimentation électrique et l'aérospatiale
Conclusion
Le monde moderne est doté d'inventions techniques et de leurs avantages distinctifs. Bien sûr, Substrats en céramique occupent une place particulière dans la technologie des matériaux. Leurs avantages inégalés en font un matériau idéal pour des applications dans les domaines de l'électronique, de l'industrie, des énergies renouvelables et bien d'autres encore.