Substratos ou placas cerâmicas são utilizados em diversos setores devido à sua alta condutividade térmica, alto isolamento elétrico, resistência à corrosão e alta resistência ao desgaste. Os substratos são uma parte essencial dos desenvolvimentos mais recentes, pois oferecem suporte básico e são componentes cruciais dos circuitos elétricos.
Continue lendo este blog até o final para saber mais sobre os principais substratos cerâmicos, como eles substituem metais em dispositivos eletrônicos 3C, suas aplicações e suas vantagens.
Os três substratos cerâmicos mais comuns são óxido de alumínio, nitreto de alumínio e óxido de berílio.
1 Substrato cerâmico de óxido de alumínio (Al2O3): É um dos substratos cerâmicos mais populares. A superfície do óxido de alumínio é lisa e possui baixa porosidade. É utilizado na eletrificação industrial, de energias renováveis e de veículos. São utilizados na fabricação de implantes biomédicos, tubos de fornos de alta temperatura e conversores catalíticos.
2 Substrato cerâmico de nitreto de alumínio (AlN): Oferece alta resistência mecânica, resistência a produtos químicos, alta condutividade térmica, alta resistência ao desgaste e à corrosão e alto isolamento elétrico. São utilizados principalmente em equipamentos de sinterização, elementos de construção de fornos, tecnologia médica e sensores eletrônicos.
3 Substrato cerâmico de óxido de berílio (BeO): Este é o melhor condutor térmico e isolante elétrico. Seu isolamento elétrico é semelhante ao da alumina. É comumente utilizado na fabricação de isolantes e substratos eletrônicos que exigem dissipação de calor eficaz para manter o desempenho e a estabilidade dos dispositivos. São utilizados em dispositivos de micro-ondas, tubos de vácuo, magnetrons e lasers a gás.
Por que escolher substratos cerâmicos?
O substrato cerâmico possui excelentes propriedades que o tornam adequado para uso em dispositivos eletrônicos. A cerâmica é comprovadamente superior aos metais devido às suas excelentes qualidades térmicas, mecânicas e químicas. Abaixo, algumas de suas principais propriedades:
1 Propriedades físicas: Suas propriedades físicas são ideais para dispositivos portáteis, pois exigem material leve para fabricação. O material do substrato reduz o peso líquido do dispositivo.
2 Propriedades químicas: O substrato orgânico suporta altas temperaturas e é resistente à corrosão e à oxidação. Também é ideal para uso em dispositivos elétricos devido às suas propriedades isolantes.
3 Propriedades mecânicas: O material cerâmico oferece alta resistência ao desgaste, o que permite um desempenho duradouro, como você leu anteriormente. Isso os torna perfeitos para computação de alto desempenho e equipamentos de comunicação 5G.
Substratos metálicos sempre foram utilizados em eletrônicos 3C devido à sua condutividade e tenacidade. No entanto, problemas como dissipação de calor ineficiente, risco de corrosão e o peso dos substratos metálicos estão surgindo com o avanço da tecnologia. Essas falhas afetam o funcionamento e a durabilidade dos equipamentos eletrônicos modernos.
Portanto, para superar esses desafios, as cerâmicas agora estão sendo usadas e comprovadamente eficazes na eletrônica 3C.
Aplicações de substratos cerâmicos em eletrônica 3C
Existem muitas aplicações para substratos cerâmicos. Algumas delas são as seguintes:
1 Eletrônicos de Consumo: Substratos cerâmicos são amplamente utilizados em eletrônicos de consumo. São utilizados em smartphones para reduzir a espessura do dispositivo e gerenciar o calor. Os substratos cerâmicos oferecem durabilidade e leveza, tornando-os adequados para dispositivos vestíveis.
2 Dispositivos de computador: A principal função dos substratos cerâmicos é dissipar o calor para um desempenho contínuo. Laptops e tablets exigem durabilidade e portabilidade, que são oferecidas pela cerâmica.
3 Dispositivos de Comunicação: Substratos cerâmicos tornaram-se um componente essencial dos módulos de estações base, antenas e amplificadores de potência. Isso se deve principalmente ao avanço da rede 5G.
Vantagens dos substratos cerâmicos
Os substratos cerâmicos apresentam muitas vantagens. Algumas delas estão listadas abaixo:
1 Sustentável: Substratos cerâmicos melhoram a portabilidade devido à sua leveza, reduzindo ainda mais o peso do dispositivo. A cerâmica é ecologicamente correta em comparação com os metais. Também apoia técnicas de produção sustentáveis.
2 Adaptabilidade ao ambiente: A cerâmica é conhecida por tolerar ambientes agressivos, como altas temperaturas, alta umidade e condições corrosivas. Dispositivos eletrônicos duram mais devido à flexibilidade da cerâmica. Além disso, ela requer menos manutenção e reparos.
3 Melhorias de Desempenho: A cerâmica ajuda a melhorar o desempenho geral. Ela dissipa o calor de forma eficiente e reduz o risco de superaquecimento. Isso a torna perfeita para uso em aplicações de comunicação de alta frequência que proporcionam desempenho regular e confiável.
Usos de cerâmicas em circuitos integrados e semicondutores
Empacotamento de CI (Circuitos Integrados)
Os CIs são compostos por componentes de chips de silício interconectados. Encapsulamentos cerâmicos são usados para fornecer isolamento elétrico e suporte hermético em circuitos integrados.
Semicondutor
A principal cerâmica no setor de semicondutores é a sílica fundida. A sílica fundida é usada em cadinhos para lingotes de silício, reatores para deposição epitaxial de silício, transportadores de wafers, ferramentas de processamento de wafers individuais e tanques de corrosão úmida.
A alumina também é utilizada em equipamentos de processamento de wafers semicondutores, devido às suas propriedades de isolamento elétrico e térmico. Ela proporciona baixa constante dielétrica e perdas, alta condutividade térmica e estabilidade química, necessárias para o desempenho e a confiabilidade de substratos de circuitos integrados e para a fabricação de materiais semicondutores cerâmicos.
PCBs cerâmicos
Cerâmicas são excelentes isolantes que impedem o fluxo de corrente elétrica. São popularmente utilizadas em eletrônicos de alta frequência, iluminação LED e eletrônica de potência. Isso geralmente ocorre porque dissipam calor para melhorar o desempenho e a durabilidade. Também são usadas como substrato em placas de circuito impresso (PCBs). PCBs de cerâmica são usadas principalmente em aplicações que exigem baixo CTE (Coeficiente de Expansão Térmica) e circuitos que exigem alta condutividade térmica.
As placas de circuito impresso de cerâmica também são utilizadas em eletrônica de potência para gerenciar altas temperaturas e fornecer a estabilidade térmica necessária para a dissipação adequada do calor. As placas de circuito impresso de cerâmica são flexíveis e duráveis. Portanto, podem ser personalizadas para criar projetos mecânicos e elétricos complexos.
O FR-4 (Retardante de Chama-4) é amplamente reconhecido como um material padrão para a produção de PCBs. É um material laminado de resina epóxi reforçado com vidro, utilizado como material cerâmico para PCBs. O CTE FR-4 normal é de 14 a 17 ppm/°C.
Você precisa saber como medir os tubos. Isso ajudará você a escolher os que precisa e atender às suas necessidades. Existem várias maneiras de medir os tubos. Algumas delas estão listadas abaixo:
1 Diâmetro externo (DE): Você pode medir o diâmetro externo dos tubos. Basta medir de um contorno externo do tubo até o contorno oposto. A distância entre os dois pontos fornecerá o diâmetro externo. O diâmetro externo também inclui a espessura do tubo.
2 Diâmetro Interno (DI): Você deve medir o diâmetro interno dos tubos. Isso fornece o volume do tubo e indica exatamente a quantidade de substância que ele pode conter. Para isso, meça a extremidade do contorno interno do tubo até o contorno oposto. Agora, a distância entre os dois pontos será o diâmetro interno. O diâmetro interno não inclui a espessura do tubo.
3 Tamanho Nominal do Tubo (NPS): O NPS indica o tamanho geral do tubo. Você pode entendê-lo somando o diâmetro interno com metade da espessura do tubo. Isso resultará no tamanho nominal do tubo. Por exemplo, se o NPS de um tubo for 4, o diâmetro externo será de 4,5 polegadas e não 4 polegadas.
Dimensões de OD, ID e NPS
É importante entender as dimensões do diâmetro externo, do diâmetro interno e do tamanho nominal do tubo para medi-lo com precisão. As dimensões são as seguintes:
Diâmetro Externo (DE): Se você quiser medir o diâmetro externo de um tubo de 1 polegada, ficará surpreso ao saber que ele mediria 1,342 polegada e não 1 polegada. Isso ocorre porque, obviamente, também inclui a espessura do material.
Diâmetro Interno (DI): No caso do diâmetro interno, ele será menor que o diâmetro externo, pois não inclui a espessura do tubo. Por exemplo, se um tubo Schedule 40 de 2 polegadas tiver um diâmetro externo de 2,375 polegadas, seu diâmetro interno será de 2,067 polegadas.
As pessoas geralmente consideram o diâmetro interno para a seleção de tubos de PVC. Isso ocorre porque ele fornecerá o tamanho correto que você precisa. Considerar o diâmetro externo pode resultar em um tubo de PVC maior do que o necessário.
Tamanho Nominal do Tubo (NPS): O valor do NPS é geralmente menor que o diâmetro externo. Se o valor do tamanho nominal do tubo for 2 polegadas, o diâmetro externo será 2,375 polegadas. Trata-se de um conjunto padrão de tamanhos de tubos fabricado na América do Norte.
Espessura das paredes do tubo
As paredes dos tubos vêm em diversas espessuras. Elas são conhecidas como Schedules. A espessura mais comum para tubos é 40. Você pode usar o Schedule 80 para usar tubos com maior espessura e resistência. Isso mostra que paredes mais espessas tornam o tubo mais resistente e duradouro.
Conclusão
Depois de ler este blog, você certamente adquiriu conhecimento suficiente sobre os três substratos cerâmicos que substituíram os metais em dispositivos eletrônicos 3C. Eles oferecem diversas vantagens, como sustentabilidade, adaptabilidade ambiental e melhorias de desempenho. Substratos cerâmicos também são usados em circuitos integrados e semicondutores.