Comparaison à grande échelle des performances de substrats céramiques constitués de différents matériaux
Dans le domaine du packaging électronique, les substrats céramiques, grâce à leurs excellentes propriétés électriques, thermiques et mécaniques, sont devenus des matériaux clés pour le fonctionnement stable des appareils électroniques. Composés de différents matériaux, les substrats céramiques présentent chacun des caractéristiques de performance uniques et jouent un rôle important dans divers scénarios d'application. Aujourd'hui, examinons en détail plusieurs types courants de substrats céramiques et comparons leurs performances.
Substrat céramique en alumine (Al₂O₃)
Le substrat céramique en alumine est l'un des plus utilisés actuellement. Selon les différentes teneurs en oxyde d'aluminium, la plus courante est de 96 %.substrat en céramique d'alumineet 99 % de substrats céramiques en alumine.
Les 96%substrat en céramique d'alumineIl présente une dureté, une solidité et une résistance à l'usure élevées. Son coût est relativement faible et ses performances d'usinage sont excellentes. Il peut être usiné par découpage, perçage ou autres méthodes. Dans les applications à basse température et à faible intensité de champ électrique, sa constante diélectrique et ses pertes diélectriques sont excellentes, et ses performances de transmission du signal sont bonnes. Cependant, sa pureté est relativement inférieure à celle du substrat en oxyde d'aluminium à 99 %, et ses constantes diélectriques et pertes diélectriques sont également légèrement supérieures. Il est sujet à la rupture fragile dans un environnement à haute température.
Les 99%substrat en céramique d'alumineIl présente une pureté chimique, une densité et une dureté supérieures, d'excellentes propriétés électriques, une constante diélectrique relativement élevée et de faibles pertes diélectriques. Il présente une excellente stabilité à haute température et peut supporter des températures allant jusqu'à 1700 °C. Il présente également une résistance mécanique élevée et une forte résistance à la corrosion. De plus, il peut être transformé en un matériau relativement fin.substrat en céramique d'alumine, ce qui est bénéfique pour la préparation de dispositifs microélectroniques. Cependant, son coût est relativement élevé et la difficulté de traitement est également plus grande.
2. Domaines d'application
Le substrat céramique à 96 % d'alumine est couramment utilisé dans les domaines des composants électroniques basse consommation, des capteurs, des condensateurs, des relais miniatures, des composants micro-ondes, etc. Dans ces contextes où le coût est un facteur sensible et les exigences de performance relativement moins strictes, il peut pleinement exploiter ses avantages. Le substrat céramique à 99 % d'alumine est plus adapté aux LED haute puissance, aux circuits intégrés haute tension, aux capteurs haute température, aux composants électroniques haute fréquence, etc., répondant aux exigences strictes de ces domaines en matière de stabilité à haute température, de propriétés électriques et de résistance mécanique des matériaux.
Substrat céramique en zircone (ZrO₂)
1. Caractéristiques de performance
Le substrat en céramique de zircone se caractérise par une résistance et une dureté élevées. Sa dureté peut généralement dépasser HRA90, voire HRA95, soit plus de dix fois celle de l'acier. Sa résistance peut atteindre 900 MPa à température ambiante et demeurer relativement élevée à haute température. Il présente une bonne résistance à l'usure et une excellente planéité de surface.
La céramique de zircone présente une forte inertie chimique et une excellente résistance à la corrosion. Elle est peu sensible aux produits chimiques tels que les acides et les bases et offre une stabilité de fonctionnement durable dans des environnements difficiles. Ses performances d'isolation sont également exceptionnelles, ce qui la rend idéale pour les matériaux d'isolation haute tension. De plus, elle présente un point de fusion extrêmement élevé et une stabilité à haute température, ce qui lui permet d'être utilisée durablement dans des environnements à haute température.
2. Domaines d'application
Il est largement utilisé dans des domaines tels que la fabrication haut de gamme, l'électronique, l'aérospatiale, les dispositifs médicaux et le génie chimique. Dans le domaine de l'électronique, il peut être utilisé pour fabriquer des capteurs, des condensateurs, etc. Dans le domaine des dispositifs médicaux, grâce à sa bonne biocompatibilité, il peut être utilisé pour fabriquer des implants tels que des articulations artificielles.
Substrat céramique en carbure de silicium (SiC)
1. Caractéristiques de performance
Le substrat céramique en carbure de silicium présente une dureté extrêmement élevée, cinq fois supérieure à celle de l'acier et trois fois supérieure à celle de l'aluminium. Il est également très résistant, sa résistance à la traction pouvant atteindre plus de 400 MPa. Le carbure de silicium présente une bonne résistance aux températures élevées, un point de fusion élevé et une bonne résistance aux chocs thermiques. Sa température de service est généralement comprise entre 1 200 et 1 600 °C.
Il présente une forte résistance à l'oxydation et à la corrosion à haute température, et peut être utilisé de manière stable dans l'air. Le carbure de silicium présente une bonne résistance à l'usure, une dureté élevée et un faible coefficient de frottement. Parallèlement, il présente une excellente conductivité thermique, deux à trois fois supérieure à celle des métaux, permettant une dissipation thermique efficace, ainsi qu'une bonne stabilité chimique.
2. Domaines d'application
Les substrats céramiques composés de différents matériaux présentent chacun leurs avantages et inconvénients en termes de performances. Dans la pratique, il est nécessaire de prendre en compte des facteurs tels que la conductivité thermique, l'isolation, la résistance mécanique, le coût et la difficulté de mise en œuvre en fonction des exigences spécifiques, afin de sélectionner le matériau le plus adapté. Avec le développement continu des technologies électroniques, les exigences de performance des substrats céramiques ne cessent de croître. À l'avenir, les substrats céramiques composés de différents matériaux continueront d'innover en termes d'optimisation des performances et de maîtrise des coûts.