Chất nền gốm và công dụng của nó

Chất nền gốm đã trở nên phổ biến với những tiến bộ trong kỹ thuật, khoa học và công nghệ. Tính hữu ích của chất nền gốm là vô song trong các lĩnh vực như ô tô, điện tử và năng lượng tái tạo. Chất nền gốm khác với vật liệu về độ bền, tuổi thọ, độ dẫn điện và độ ổn định nhiệt góp phần vào chức năng tổng thể.

Chất nền gốm: tổng quan chi tiết

Chất nền gốm là vật liệu gốm tiên tiến mang lại lợi thế cạnh tranh khi được sử dụng làm nền móng. Chúng tạo nên một nền tảng bền vững và chắc chắn cho các thiết bị điện tử, công nghiệp và ô tô. Bề mặt thường nhẵn, đồng đều và có hình chữ nhật, nhìn chung có thể là hình vuông.

Tính chất của vật liệu nền gốm

Như đã đề cập, chất nền gốm có những đặc tính vượt trội hơn so với bất kỳ chất nền cạnh tranh nào.

Các loại vật liệu nền gốm và công dụng của chúng

Chất nền gốm có nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào thành phần vật liệu. Các đặc tính ưu việt của từng loại vật liệu giúp các kỹ sư sử dụng đúng loại nền gốm cần thiết cho ứng dụng mong muốn. Các loại nền gốm khác nhau được liệt kê dưới đây:

Chất nền gốm Alumina

Nhôm oxit Gốm sứ là một loại gốm đa năng. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đòi hỏi độ ổn định nhiệt tốt. Gốm sứ nhôm là vật liệu cách nhiệt hoàn hảo. Chúng cũng có khả năng chống ăn mòn cao hơn, khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho bộ chuyển đổi xúc tác nền gốm.

Gốm nhôm là vật liệu cảm biến tốt. Khả năng hoạt động tốt trong môi trường khắc nghiệt, chịu nhiệt và trọng lượng nhẹ khiến chúng trở thành vật liệu lý tưởng cho cảm biến. Cảm biến làm bằng gốm nhôm có khả năng chống mài mòn và tuổi thọ cao hơn. Chúng cũng được sử dụng trong vi điện tử nhờ độ ổn định về cấu trúc.

Gốm alumina hiện cũng đã chinh phục ngành công nghiệp ô tô. Gốm alumina khi được sử dụng trong thân động cơ được cho là có thể tăng hiệu suất lên đến 46 %. Khả năng cách nhiệt và điện trở của chúng chứa năng lượng bên trong hệ thống. Điều này mang lại lợi ích cho người dùng cuối về việc giảm thiểu mức tiêu thụ nhiên liệu.

Gốm alumina cũng được sử dụng làm bộ giảm xóc trong ô tô. Trong xe hơi thông minh, nếu được sử dụng, chúng sẽ giảm thiểu rung động khi di chuyển trên bề mặt hoặc địa hình không bằng phẳng.

Chất nền gốm nhôm nitrua (Gốm ALN)

Gốm Aln Vật liệu này được biết đến với khả năng dẫn nhiệt vượt trội. Chúng cũng có khả năng cách điện cao hơn, khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho chất nền điện tử. Như tên gọi của nó Chất nền nhôm nitrua được tạo thành chủ yếu từ nhôm oxit xung quanh 65% và nitơ 34%.

Độ dẫn nhiệt của Chất nền ALN cao hơn nhiều so với gốm Alumina. Gốm Aln có giá trị dẫn nhiệt khoảng 170 W/mK. Chúng có đặc tính cơ học tốt khoảng 450 MPa và thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp. Chúng có khả năng chống ăn mòn và có hằng số điện môi thấp hơn.

Sự giãn nở vì nhiệt của Gốm Aln ít hơn so với Silicon được ứng dụng trong chip. Chúng cũng có độ tinh khiết cực cao.

Ứng dụng của Gốm nhôm nitrua 

• Chất nền Aln được sử dụng trong các cảm biến điện tử
• Chúng là vật liệu lò nung tốt vì có độ ổn định nhiệt cao hơn
• Từ Gốm Aln không ăn mòn, chúng có thể được sử dụng làm vật liệu xúc tác.
• Tấm nhôm nitrua được sử dụng làm chất nền bán dẫn. Chúng tản nhiệt tốt nhờ độ dẫn nhiệt cao hơn.
• Do điện trở suất cao hơn, Chất nền Aln được sử dụng làm vật liệu cách điện trong các ứng dụng điện.
• Trong thiết bị vi sóng Gốm Aln được sử dụng như Bao bì gốm sứ nguyên vật liệu

Chất nền Silicon Nitride (Si3N4)

Gốm silicon nitride có độ dẫn nhiệt tốt và độ bền cơ học vượt trội. Chúng thường được sử dụng làm chất nền điện tử. Không giống như Chất nền nhôm nitrua và chất nền Alumina, Si3N4 Chất nền vượt trội về công suất đầu ra lớn hơn, nhỏ gọn và nhẹ.

Ứng dụng của gốm silicon nitride

• Được sản xuất dưới dạng tấm mỏng Silicon gốm nitrua cung cấp khả năng tản nhiệt tuyệt vời được sử dụng trong điện tử công suất.
• Các ứng dụng bán dẫn nhiệt độ cao ngày nay ưa chuộng Si3N4 gốm sứ do tính ổn định cực cao ở nhiệt độ cao.
• Công nghệ cảm biến hiện đại cũng sử dụng Silic Nitride (Si3N4) trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, y tế và các ứng dụng công nghiệp khác.

So sánh giữa các loại nền gốm khác nhau

Chúng ta hãy xem biểu đồ so sánh được đưa ra bên dưới. Các thuộc tính khác nhau liên quan đến chất nền gốm được đưa ra để tham khảo. Dữ liệu giúp bạn lựa chọn lý tưởng chất nền gốm vật liệu cho ứng dụng mong muốn của bạn.

Chất nền gốm trong điện tử

Những tiến bộ trong công nghệ vật liệu và các phát minh liên quan đã mang lại lợi ích cho gốm sứ trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật khác nhau. Chúng được coi là vô song, mang lại nhiều lợi ích kỹ thuật. Vì yêu cầu kỹ thuật bền bỉ và tuổi thọ cao cho ứng dụng lâu dài, gốm sứ thường được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Điện tử nền là gì?

Điện tử nền là một lĩnh vực mới nổi với tiềm năng to lớn. Thời kỳ của PCB kim loại và thiết kế rườm rà đã qua. Việc đưa gốm vào PCB đã mở ra cánh cổng đến chức năng tốt hơn.

Vật liệu nền của bảng mạch in về cơ bản là bất kỳ vật liệu cứng nào mà các mạch quan trọng được tích hợp vào. Thiết kế bảng mạch đòi hỏi độ chính xác cao hơn. Vật liệu phổ biến được sử dụng trên toàn cầu là Epoxy gia cường sợi nhờ độ cứng và các đặc tính khác của chúng.

Tuy nhiên, những tiến bộ hiện đại đã chứng minh rằng gốm sứ có thể được sử dụng thành công làm chất nền PCB. Hãy cùng tìm hiểu về điện tử và những gì khoa học vật liệu hiện đại đã mang lại cho lĩnh vực này.

PCB nền gốm

Bo mạch in thế hệ mới được ưa chuộng nhờ trọng lượng nhẹ và hình dạng thu nhỏ. Dễ gia công là một đặc tính khác khiến sản phẩm này luôn được các nhà thiết kế PCB yêu thích. PCB nền gốm có hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn và độ dẫn nhiệt cao hơn.

Phạm vi trung bình của độ dẫn nhiệt của PCB nền gốm là khoảng 9 – 20 W/mK. PCB nền gốm chỉ là các bảng mạch in được gắn trên nền gốm. Vật liệu nền được lựa chọn tùy thuộc vào loại ứng dụng. Các vật liệu nền phổ biến như đã đề cập ở trên là Alumina, Gốm Aln và Si3N4

Ưu điểm của PCB nền gốm

• Không giống như PCB bọc kim loại, PCB nền gốm có đặc tính tản nhiệt tốt hơn. Các thiết bị điện tử này chất nền cho phép nhiệt truyền qua bảng mạch dễ dàng vì không có lớp cách nhiệt
• PCB nền gốm Khả năng tương thích nhiệt tốt hơn nhờ hệ số giãn nở thấp hơn và độ ổn định nhiệt cao hơn. Độ ổn định thường được ghi nhận ở nhiệt độ làm việc trên 350 độ C.
• Chất nền điện tử được làm bằng Gốm sứ có khả năng chống lại mọi sự ăn mòn hóa học khi tiếp xúc với kim loại nóng chảy trong PCB.
• Tính chất điện môi của PCB gốm cũng đảm bảo rằng hệ thống này khi được sử dụng trong bất kỳ thiết bị điện tử nào đều hoạt động hoàn hảo.

Đồng liên kết trực tiếp

Chúng được tạo ra bằng cách liên kết Đồng vào một chất nền gốm dưới tác động của quá trình khuếch tán - nung chảy ở nhiệt độ cao. Vật liệu gốm phổ biến có thể là Alumina hoặc Chất nền Aln. Các chất nền dbc hữu ích trong lĩnh vực điện một chiều và các ứng dụng điện tử liên quan.

Ưu điểm của chất nền DBC

• Sự kết hợp của các hợp chất có độ tinh khiết cao hơn với chất nền góp phần tản nhiệt tốt hơn trong Chất nền DBC.
• Ứng suất nhiệt gây ra trên các thành phần được xử lý rất tốt trong Chất nền DBC.
• Về mặt kỹ thuật, nhiệt độ hàn khoảng 170 - 800 độ là khả thi. Nhiệt độ hàn này không gây ảnh hưởng xấu đến vật liệu lân cận.
• Giống như các chất nền gốm khác, chúng có khả năng chống ăn mòn và độ ổn định cơ học cao hơn
• Khả năng chu kỳ năng lượng của Chất nền DBC phù hợp với silicon nên rất hữu ích trong ngành điện tử.
• Các thành phần dẫn điện trong PCB được khắc lên lớp đồng trong đế DBC. Đế này đảm bảo tách biệt hệ thống với các phần liền kề và ngăn ngừa đoản mạch.
• Các phần cụ thể nơi Chất nền đồng liên kết trực tiếp được sử dụng bao gồm Pin mặt trời, Công nghệ laser, Nguồn điện và Hàng không vũ trụ

Phần kết luận

Thế giới hiện đại được ban tặng nhiều phát minh kỹ thuật và những lợi ích riêng biệt của chúng. Tất nhiên, Chất nền gốm giữ một vị trí đặc biệt trong công nghệ vật liệu. Những lợi ích vượt trội mà vật liệu này mang lại khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng trong lĩnh vực điện tử, công nghiệp, năng lượng tái tạo và nhiều lĩnh vực khác.