Substrato Cerâmico e Suas Aplicações

Substratos cerâmicos vêm ganhando popularidade com os avanços na engenharia, ciência e tecnologia. A utilidade de substratos cerâmicos é incomparável em setores como automóveis, eletrônicos e energia renovável. Substrato cerâmico difere dos materiais em termos de durabilidade, vida útil, condutividade e estabilidade térmica, que contribuem para a funcionalidade geral.

Substrato cerâmico: uma visão geral detalhada

Substratos cerâmicos são materiais cerâmicos avançados que oferecem vantagens competitivas quando usados como base. Eles fornecem uma base durável e forte para empresas dos setores de eletrônicos, indústrias e automóveis. A superfície é frequentemente lisa e uniforme e, em grande parte, retangular.

Propriedades de substratos cerâmicos

Como mencionado, os substratos cerâmicos têm propriedades superiores quando comparados a quaisquer concorrentes.

Tipos de substratos cerâmicos e suas utilizações

Substratos cerâmicos são de diferentes tipos, dependendo da constituição do material. As propriedades vantajosas de cada material ajudam os engenheiros a utilizar o substrato cerâmico necessário para a aplicação desejada. Os diferentes substratos cerâmicos estão listados aqui:

Substrato cerâmico de alumina

Alumina A cerâmica é uma cerâmica multiuso. São amplamente utilizadas em aplicações que exigem boa estabilidade térmica. As cerâmicas de alumina são isolantes perfeitos. Elas também oferecem maior resistência à corrosão, o que as torna ideais para conversores catalíticos de substrato cerâmico.

Cerâmicas de alumina são bons materiais para sensores. A capacidade de resistir a ambientes agressivos, a resistência ao calor e o baixo peso os tornam materiais ideais para sensores. Os sensores feitos de cerâmica de alumina oferecem resistência ao desgaste e maior vida útil. Eles também são usados em microeletrônica por sua estabilidade estrutural.

A cerâmica de alumina também conquistou o setor automotivo. Diz-se que a cerâmica de alumina, quando utilizada no corpo do motor, aumenta a eficiência em até 46 %. Sua capacidade de isolamento térmico e resistência retém energia no sistema. Isso beneficia o usuário final em termos de minimização do consumo de combustível.

A cerâmica de alumina também é usada como amortecedor em carros. Em carros inteligentes, se utilizada, reduz as vibrações causadas ao trafegar em superfícies ou terrenos irregulares.

Substrato cerâmico de nitreto de alumínio (cerâmica ALN)

Cerâmica Aln Os materiais são conhecidos por sua condutividade térmica superior. Eles também oferecem maior isolamento elétrico, o que os torna ideais para substrato eletrônico. Como o nome sugere Substrato de nitreto de alumínio é composto principalmente de alumina em torno de 65% e 34% de nitrogênio.

A condutividade térmica de Substrato ALN está bem acima da cerâmica de alumina. Cerâmica Aln Apresentam condutividade térmica em torno de 170 W/mK. Oferecem boas propriedades mecânicas em torno de 450 MPa e são frequentemente utilizados em aplicações industriais. São resistentes à corrosão e apresentam constante dielétrica menor.

A expansão térmica de Cerâmica Aln é menor quando comparado ao silício, que é aplicado em chips. Eles também apresentam extrema pureza.

Aplicações de Cerâmica de nitreto de alumínio 

• Substratos de Aln são usados em sensores eletrônicos
• Eles são bons materiais para fornos devido à sua maior estabilidade térmica
• Desde Cerâmica Aln não são corrosivos e podem ser usados como materiais catalíticos.
• Folhas de nitreto de alumínio são utilizados como substratos semicondutores. Oferecem boa dissipação de calor devido à sua maior condutividade térmica.
• Devido à maior resistividade elétrica, Substrato de Aln são usados como materiais isolantes em aplicações de energia.
• Em equipamentos de micro-ondas Cerâmica Aln são usados como Embalagem cerâmica materiais

Substratos de nitreto de silício (Si3N4)

Cerâmica de nitreto de silício oferece boa condutividade térmica e resistência mecânica superior. São frequentemente usados como substratos eletrônicos. Diferente Substrato de nitreto de alumínio e substrato de alumina, Si3N4 substratos se destacam pela maior potência de saída, compactação e baixo peso.

Aplicações da Cerâmica de Nitreto de Silício

• Fabricado em forma de finas placas de Silício Cerâmica de nitreto oferecem excelente dissipação térmica, sendo utilizada em eletrônica de potência.
• As aplicações de semicondutores de alta temperatura de hoje preferem Si3N4 cerâmica devido à sua extrema estabilidade em temperaturas elevadas.
• A tecnologia moderna de sensores também utiliza Nitreto de silício (Si3N4) no campo de aplicações aeroespaciais, médicas e outras aplicações industriais.

Comparação entre diferentes tipos de substratos cerâmicos

Vamos dar uma olhada no gráfico de comparação fornecido abaixo. Diferentes propriedades pertencentes ao substratos cerâmicos são fornecidos para referência. Os dados ajudam você a escolher o ideal substrato cerâmico material para a aplicação desejada.

Substrato Cerâmico em Eletrônica

Os avanços na tecnologia de materiais e as invenções relacionadas tornaram a cerâmica benéfica em diferentes áreas da engenharia. Ela é considerada incomparável, oferecendo inúmeros benefícios técnicos. Como engenharia robusta e longevidade são necessárias para aplicações de longo prazo, as cerâmicas são frequentemente utilizadas em diversos setores.

O que são eletrônicos de substrato?

Eletrônica de substrato são, no geral, um campo emergente com imenso potencial. Acabaram-se os dias de PCBs de metal e projetos tediosos. A introdução da cerâmica nos PCBs abriu caminho para uma melhor funcionalidade.

Os substratos das placas de circuito impresso são basicamente qualquer material rígido ao qual os circuitos cruciais são incorporados. O projeto das placas de circuito exige maior precisão. Os materiais populares utilizados globalmente são o epóxi reforçado com fibra devido à sua rigidez e outras propriedades.

No entanto, os avanços modernos revelaram que a cerâmica pode ser utilizada com sucesso como substrato para PCBs. Vamos dar uma olhada na eletrônica e no que a ciência moderna dos materiais fez por ela.

PCB de substrato cerâmico

A placa de circuito impresso de nova geração é popular devido ao seu peso leve e formato miniatura. A facilidade de operação é outra característica que tornou o produto um objeto de desejo constante dos projetistas de PCB. PCB de substrato cerâmico tem menor coeficiente de expansão térmica e maior condutividade térmica.

A faixa média de condutividade térmica de PCB de substrato cerâmico é cerca de 9 – 20 W/mK. PCB de substrato cerâmico são simplesmente placas de circuito impresso montadas em substrato cerâmico. O material do substrato é escolhido dependendo do tipo de aplicação. Os materiais de substrato populares, como discutido acima, são alumina, Cerâmica Aln e Si3N4

Vantagens do PCB de substrato cerâmico

• Ao contrário das placas de circuito impresso revestidas de metal, as placas de circuito impresso com substrato cerâmico oferecem maiores propriedades de dissipação de calor. Estes eletrônicos substrato permite que o calor passe facilmente pela placa, pois não há camadas de isolamento
• PCB de substrato cerâmico Oferece maior compatibilidade térmica devido ao seu menor coeficiente de expansão e maior estabilidade térmica. A estabilidade é frequentemente observada acima da temperatura de trabalho de 350 °C.
• Substrato eletrônico feitos de cerâmica são resistentes a qualquer erosão química ao contato de metais fundidos no PCB.
• A propriedade dielétrica do PCB de cerâmica também garante que o sistema, quando usado em qualquer dispositivo eletrônico, funcione perfeitamente.

Cobre Ligado Diretamente

Eles são feitos pela ligação de cobre em um substrato cerâmico sob processo de fusão em alta temperatura - difusão. A contraparte cerâmica popular pode ser Alumina ou Substrato de Aln. O substratos dbc são úteis no campo de energia CC e aplicações eletrônicas relacionadas.

Vantagens dos substratos DBC

• A amalgamação de compostos de maior pureza a um substrato contribui para uma dissipação de calor superior em Substratos DBC.
• O estresse induzido termicamente nos componentes é muito bem administrado em Substratos DBC.
• Uma temperatura de trabalho de soldagem em torno de 170 a 800 graus Celsius é tecnicamente viável. A temperatura de trabalho não causa impactos de deterioração nos materiais adjacentes.
• Como outros substratos cerâmicos, eles oferecem resistência à corrosão e maior estabilidade mecânica
• A capacidade de ciclo de energia de Substratos DBC combina com silício, o que os torna úteis em eletrônica.
• Os elementos condutores da placa de circuito impresso são gravados na camada de cobre dos substratos DBC. O substrato garante a separação do sistema das seções adjacentes e evita curto-circuitos.
• Seções específicas onde Substratos de cobre ligados diretamente são usados incluem células solares, tecnologia laser, fornecimento de energia e aeroespacial

Conclusão

O mundo moderno é dotado de invenções técnicas e seus distintos benefícios. É claro, Substratos cerâmicos ocupam um lugar especial na tecnologia de materiais. Os benefícios incomparáveis oferecidos pelo material o tornam ideal para aplicações nas áreas de eletrônica, indústria, energia renovável e muito mais.