Podłoża lub płyty ceramiczne są stosowane w różnych gałęziach przemysłu ze względu na wysoką przewodność cieplną, wysoką izolacyjność elektryczną, odporność na korozję i wysoką odporność na zużycie. Podłoża stanowią istotny element najnowszych osiągnięć, ponieważ zapewniają podstawowe wsparcie i są kluczowymi elementami obwodów elektrycznych.
Czytaj dalej tego bloga do końca, aby dowiedzieć się więcej o głównych podłożach ceramicznych, o tym, w jaki sposób zastępują one metale w urządzeniach elektronicznych 3C, o ich zastosowaniach i zaletach.
Trzy najpopularniejsze podłoża ceramiczne to tlenek glinu, azotek glinu i tlenek berylu.
1 Podłoże ceramiczne z tlenku glinu (Al2O3):Jest to jeden z najpopularniejszych podłoży ceramicznych. Powierzchnia tlenku glinu jest gładka i charakteryzuje się niską porowatością. Jest on stosowany w przemyśle, odnawialnych źródłach energii i elektryfikacji pojazdów. Służy do produkcji implantów biomedycznych, rur pieców wysokotemperaturowych i katalizatorów.
2 Podłoże ceramiczne z azotku glinu (AlN): Zapewnia wysoką wytrzymałość mechaniczną, odporność na działanie substancji chemicznych, wysoką przewodność cieplną, wysoką odporność na zużycie i korozję oraz wysoką izolacyjność elektryczną. Stosowane są głównie w urządzeniach spiekalniczych, elementach konstrukcyjnych pieców, technice medycznej i czujnikach elektronicznych.
3 Podłoże ceramiczne z tlenku berylu (BeO): Jest to najlepszy przewodnik cieplny i izolator elektryczny. Jego właściwości izolacyjne są podobne do tlenku glinu. Jest on zazwyczaj stosowany w produkcji izolatorów elektronicznych i podłoży, które wymagają efektywnego odprowadzania ciepła dla utrzymania wydajności i stabilności urządzenia. Znajdują one zastosowanie w urządzeniach mikrofalowych, lampach próżniowych, magnetronach i laserach gazowych.
Dlaczego warto wybrać podłoża ceramiczne?
Podłoże ceramiczne ma doskonałe właściwości, które czynią je odpowiednim do stosowania w urządzeniach elektronicznych. Ceramika jest uznawana za lepszą od metali ze względu na swoje doskonałe właściwości termiczne, mechaniczne i chemiczne. Poniżej wymieniono niektóre z jej najważniejszych właściwości:
1. Właściwości fizyczne: Jego właściwości fizyczne są najlepsze dla urządzeń przenośnych, ponieważ do ich produkcji wymagany jest lekki materiał. Materiał podłoża zmniejsza masę netto urządzenia.
2. Właściwości chemiczne: Podłoże organiczne jest odporne na wysokie temperatury oraz korozję i utlenianie. Ze względu na swoje właściwości izolacyjne doskonale nadaje się do stosowania w urządzeniach elektrycznych.
3. Właściwości mechaniczne: Materiał ceramiczny oferuje wysoką odporność na zużycie, co pozwala na długotrwałą wydajność, jak już czytałeś. Dzięki temu idealnie nadaje się do komputerów o wysokiej wydajności i urządzeń komunikacyjnych 5G.
Podłoża metalowe zawsze były stosowane w elektronice 3C ze względu na ich przewodność i wytrzymałość. Jednak wraz z postępem technologicznym pojawiają się problemy, takie jak nieefektywne odprowadzanie ciepła, ryzyko korozji i ciężar podłoży metalowych. Wady te wpływają na działanie i trwałość nowoczesnego sprzętu elektronicznego.
Aby sprostać tym wyzwaniom, zaczęto obecnie stosować ceramikę w elektronice 3C, co udowodniło jej skuteczność.
Zastosowania podłoży ceramicznych w elektronice 3C
Podłoża ceramiczne mają wiele zastosowań. Oto kilka z nich:
1 Elektronika użytkowa: Podłoża ceramiczne są powszechnie stosowane w elektronice użytkowej. Są stosowane w smartfonach, aby zmniejszyć grubość urządzenia i poprawić odprowadzanie ciepła. Podłoża ceramiczne oferują trwałość i lekkość, dzięki czemu nadają się do urządzeń noszonych.
2 Urządzenia komputerowe: Główną funkcją podłoży ceramicznych jest odprowadzanie ciepła, co zapewnia ciągłą pracę. Laptopy i tablety wymagają trwałości i mobilności, które oferuje ceramika.
3. Urządzenia komunikacyjne: Podłoża ceramiczne stały się niezbędnym elementem modułów stacji bazowych, anten i wzmacniaczy mocy. Wynika to głównie z rozwoju sieci 5G.
Zalety podłoży ceramicznych
Podłoża ceramiczne mają wiele zalet. Poniżej wymieniono niektóre z nich:
1. Zrównoważony rozwój: Podłoża ceramiczne poprawiają mobilność dzięki swojej lekkości, co dodatkowo zmniejsza wagę urządzenia. Ceramika jest przyjazna dla środowiska w porównaniu z metalami. Wspiera również ekologiczne techniki produkcji.
2. Adaptacja do środowiska: Ceramika jest znana z odporności na trudne warunki, takie jak wysoka temperatura, wysoka wilgotność i czynniki korozyjne. Urządzenia elektroniczne działają dłużej dzięki elastyczności ceramiki. Ponadto wymaga ona mniej konserwacji i napraw.
3. Poprawa wydajności: Ceramika pomaga poprawić ogólną wydajność. Skutecznie odprowadza ciepło i zmniejsza ryzyko przegrzania. Dzięki temu idealnie nadaje się do zastosowań w aplikacjach komunikacyjnych o wysokiej częstotliwości, zapewniając stałą i niezawodną wydajność.
Zastosowania ceramiki w układach scalonych i półprzewodnikach
Obudowy układów scalonych (IC)
Układy scalone składają się z połączonych ze sobą krzemowych elementów chipowych. Obudowy ceramiczne zapewniają izolację elektryczną i hermetyczne wsparcie w układach scalonych.
Półprzewodnik
Głównym materiałem ceramicznym w sektorze półprzewodników jest krzemionka topiona. Krzemionka topiona jest stosowana w tyglach do wlewków krzemowych, reaktorach do epitaksjalnego osadzania krzemu, nośnikach płytek półprzewodnikowych, narzędziach do obróbki pojedynczych płytek oraz w zbiornikach do trawienia na mokro.
Tlenek glinu jest również stosowany w urządzeniach do obróbki płytek półprzewodnikowych. Wynika to z jego właściwości izolacyjnych i elektrycznych. Zapewnia niską stałą dielektryczną i stratność dielektryczną, wysoką przewodność cieplną oraz stabilność chemiczną niezbędną do wydajności i niezawodności podłoży układów scalonych oraz produkcji ceramicznych materiałów półprzewodnikowych.
Ceramiczne płytki PCB
Ceramika to doskonałe izolatory, które zapobiegają przepływowi prądu elektrycznego. Jest popularnie stosowana w elektronice wysokiej częstotliwości, oświetleniu LED i elektronice mocy. Wynika to z faktu, że odprowadza ciepło, co poprawia wydajność i wydłuża żywotność. Jest również stosowana jako materiał podłoża w płytkach drukowanych (PCB). Ceramiczne płytki PCB są stosowane głównie w zastosowaniach wymagających niskiego współczynnika rozszerzalności cieplnej (CTE) oraz w obwodach wymagających wysokiej przewodności cieplnej.
Ceramiczne płytki drukowane są również stosowane w elektronice mocy, aby radzić sobie z wysokimi temperaturami i zapewnić stabilność termiczną wymaganą do prawidłowego odprowadzania ciepła. Ceramiczne płytki drukowane są elastyczne i trwałe, dzięki czemu można je dostosować do tworzenia złożonych projektów mechanicznych i elektrycznych.
FR-4 (Flame Retardant-4) jest powszechnie uznawany za standardowy materiał do produkcji płytek PCB. Jest to laminat z żywicy epoksydowej wzmocniony włóknem szklanym, stosowany jako ceramiczny materiał do płytek PCB. Normalny współczynnik ognioodporności FR-4 wynosi od 14 do 17 ppm/°C.
Musisz wiedzieć, jak mierzyć rury. To pomoże Ci wybrać te, których potrzebujesz i spełnić swoje wymagania. Istnieje wiele sposobów pomiaru rur. Poniżej wymieniono niektóre z nich:
1. Średnica zewnętrzna (OD): Możesz zmierzyć średnicę zewnętrzną rur. Wystarczy wykonać pomiary od jednego zewnętrznego konturu rury do przeciwległego. Odległość między tymi dwoma punktami da Ci średnicę zewnętrzną. Średnica zewnętrzna obejmuje również grubość rury.
2. Średnica wewnętrzna (ID): Należy zmierzyć średnicę wewnętrzną rur. To pozwoli Ci określić objętość rury i dokładnie określić, ile substancji może ona pomieścić. Aby to zrobić, zmierz jeden koniec wewnętrznego obrysu rury do przeciwległego końca. Odległość między tymi dwoma punktami będzie średnicą wewnętrzną. Średnica wewnętrzna nie uwzględnia grubości rury.
3. Nominalny rozmiar rury (NPS): NPS określa ogólny rozmiar rury. Można go obliczyć, dodając średnicę wewnętrzną do połowy grubości rury. W ten sposób otrzymamy nominalny rozmiar rury. Na przykład, jeśli NPS rury wynosi 4, średnica zewnętrzna będzie wynosić 4,5 cala, a nie 4 cale.
Wymiary OD, ID i NPS
Aby dokładnie zmierzyć rury, ważne jest zrozumienie wymiarów średnicy zewnętrznej, średnicy wewnętrznej i nominalnego rozmiaru rury. Wymiary są następujące:
Średnica zewnętrzna (OD): Jeśli chcesz zmierzyć średnicę zewnętrzną rury o średnicy 1 cala, zdziwisz się, że będzie to 1,342 cala, a nie 1 cal. Wynika to z oczywistego powodu – uwzględnia ona również grubość materiału.
Średnica wewnętrzna (ID): W przypadku średnicy wewnętrznej będzie ona mniejsza niż średnica zewnętrzna, ponieważ nie uwzględnia grubości rury. Na przykład, jeśli 2-calowa rura Schedule 40 ma średnicę zewnętrzną 2,375 cala, jej średnica wewnętrzna wyniesie 2,067 cala.
Ludzie zazwyczaj zwracają uwagę na średnicę wewnętrzną przy wyborze rur PVC. Wynika to z faktu, że to ona zapewnia odpowiedni rozmiar. Biorąc pod uwagę średnicę zewnętrzną, można uzyskać rurę PVC o większym rozmiarze niż wymagany.
Nominalny rozmiar rury (NPS): Wartość NPS jest zazwyczaj mniejsza niż średnica zewnętrzna. Jeśli nominalny rozmiar rury wynosi 2 cale, średnica zewnętrzna wyniesie 2,375 cala. Jest to standardowy zestaw rozmiarów rur produkowanych w Ameryce Północnej.
Grubość ścianek rur
Ścianki rur występują w różnych grubościach. Są one znane jako grubości ścianek. Najpopularniejsza grubość rur to 40. Można użyć grubości ścianki 80, aby uzyskać rury o większej grubości i wytrzymałości. Oznacza to, że grubsze ścianki zwiększają wytrzymałość i trwałość rury.
Wniosek
Po przeczytaniu tego bloga z pewnością posiadasz wystarczającą wiedzę na temat trzech podłoży ceramicznych, które zastąpiły metale w urządzeniach elektronicznych 3C. Oferują one szereg korzyści, takich jak zrównoważony rozwój, adaptacja do środowiska i poprawa wydajności. Podłoża ceramiczne są również stosowane w układach scalonych i półprzewodnikach.