Aluminiumnitride (AlN) heeft als geavanceerd keramisch materiaal vanwege zijn unieke fysische en chemische eigenschappen een groot toepassingspotentieel laten zien in elektronische verpakkingen, vermogenselektronica, hoogfrequente communicatie en andere gebieden. Als kerncomponent op deze gebieden moeten aluminiumnitridesubstraten niet alleen voldoen aan de fysieke basisprestatie-eisen, maar moeten ze zich ook aanpassen aan de complexe behoeften van specifieke toepassingsscenario's. Dit artikel gaat uit van de fysieke kenmerken van een keramisch aluminiumnitride-substraat, bespreekt de specifieke vereisten ervan in verschillende toepassingsgebieden in detail en analyseert, gecombineerd met baanbrekend onderzoek, hoe de uitgebreide prestaties van een keramisch aluminiumnitride-substraat kunnen worden verbeterd door middel van materiaalontwerp. en voorbereidingstechnologie.
Fysische eigenschappen van aluminiumnitridesubstraat
Aluminiumnitride-keramiek staat bekend om hun hoge thermische geleidbaarheid, hoge elektrische isolatie, goede mechanische sterkte, uitstekende thermische stabiliteit en chemische inertie. Deze kenmerken bieden een solide basis voor de toepassing van keramische substraten van aluminiumnitride in hoogwaardige elektronische verpakkingen.
1. Hoge thermische geleidbaarheid
De thermische geleidbaarheid van aluminiumnitride is veel hoger dan die van traditionele keramische materialen zoals aluminiumoxide, wat het een aanzienlijk voordeel maakt bij de warmteafvoer van elektronische componenten met een hoge vermogensdichtheid. De hoge thermische geleidbaarheid helpt om de warmte snel van het verwarmingselement naar het koelsysteem over te dragen, waardoor de stabiele werking van de elektronische componenten behouden blijft.
2. Hoge elektrische isolatie
Aluminiumnitride-keramiek heeft uitstekende elektrische isolatie-eigenschappen, die kunnen voldoen aan de hoge isolatie-eisen van hoogfrequente circuits en microgolfcircuits. Deze functie is essentieel om de stabiliteit en betrouwbaarheid van het circuit te garanderen.
3. Goede mechanische sterkte
Aluminiumnitride-keramiek heeft een hoge buigsterkte en hardheid, is bestand tegen grote mechanische spanningen en is geschikt voor een verscheidenheid aan complexe omgevingstoepassingen.
4. Uitstekende thermische stabiliteit en chemische inertie
Aluminiumnitride-keramiek kan nog steeds een goede fysische en chemische stabiliteit behouden bij hoge temperaturen, en reageert niet gemakkelijk met de omgeving, waardoor de levensduur van elektronische componenten wordt verlengd.
Toepassingsvereisten voor aluminiumnitridesubstraat
1. Vermogenselektronica
Op het gebied van vermogenselektronica worden keramische substraten van aluminiumnitride voornamelijk gebruikt voor het verpakken van elektronische componenten met een hoge vermogensdichtheid, zoals IGBT en MOSFET. Deze componenten genereren tijdens bedrijf veel warmte, dus het substraat moet een hoge thermische geleidbaarheid hebben voor een snelle warmteafvoer. Tegelijkertijd stellen de elektrische isolatie en mechanische sterkte van het substraat ook hoge eisen, omdat de vermogenselektronische componenten meestal werken in een omgeving met hoge spanning en hoge frequentie. Om aan de behoeften van miniaturisatie en integratie te voldoen, moeten keramische substraten van aluminiumnitride bovendien uitstekende verwerkingseigenschappen en maatvastheid hebben.
2. Hoogfrequente communicatie
Op het gebied van hoogfrequente communicatie heeft een keramisch substraat van aluminiumnitride de voorkeur vanwege zijn lage diëlektrische constante, lage verlieshoektangens en uitstekende thermische geleidbaarheid. Deze eigenschappen maken keramische substraten van aluminiumnitride tot een ideale drager voor hoogfrequente en microgolfcircuits. In het hoogfrequente communicatiesysteem zijn de transmissiesnelheid en stabiliteit van het signaal erg belangrijk, dus het substraat moet weinig verlies, weinig ruis en goede elektromagnetische compatibiliteit hebben. Bovendien zullen, met de voortdurende ontwikkeling van nieuwe generatie communicatietechnologieën zoals 5G en 6G, de prestatie-eisen voor keramische substraten van aluminiumnitride ook steeds hoger worden.
3. Auto-elektronica
Op het gebied van auto-elektronica worden keramische substraten van aluminiumnitride voornamelijk gebruikt in de vermogenselektronicamodules van nieuwe energievoertuigen zoals elektrische voertuigen en hybride elektrische voertuigen. Deze modules moeten bestand zijn tegen hoge spanningen, hoge stromen en complexe werkomgevingen. Daarom moet het substraat een hoge thermische geleidbaarheid, hoge elektrische isolatie en goede mechanische sterkte hebben. Bovendien is het vanwege de hoge betrouwbaarheids- en veiligheidseisen van elektronische systemen voor auto's ook noodzakelijk om rigoureuze betrouwbaarheidstesten en certificering van keramische substraten van aluminiumnitride uit te voeren.
Baanbrekend onderzoek en prestatieverbetering
Om te voldoen aan de specifieke eisen van keramische substraten van aluminiumnitride in verschillende toepassingsgebieden, onderzoeken onderzoekers voortdurend nieuwe materiaalontwerpen, voorbereidingsprocessen en prestatietestmethoden.
1. Materiaalontwerp
Door de chemische samenstelling en microstructuur van aluminiumnitride-keramiek aan te passen, kunnen de thermische geleidbaarheid, elektrische isolatie en mechanische sterkte verder worden verbeterd. Door bijvoorbeeld een geschikte hoeveelheid zeldzame aardelementen of overgangsmetaalelementen te doteren, kan de roosterstructuur van aluminiumnitride-keramiek worden geoptimaliseerd, waardoor de thermische geleidbaarheid en mechanische eigenschappen ervan worden verbeterd. Bovendien kan de verdichting en microstructuuroptimalisatie van Al-nitride-keramiek worden bereikt door de parameters van atmosfeer, temperatuur en tijd tijdens het sinteren te controleren.
2. Voorbereidingsproces
Met de voortdurende ontwikkeling van bereidingstechnologie hebben onderzoekers een verscheidenheid aan efficiënte en milieuvriendelijke bereidingsprocessen voor aluminiumnitride-keramiek ontwikkeld. Geavanceerde sintertechnologieën zoals reactiesinteren en ontladingsplasmasinteren kunnen bijvoorbeeld de dichtheid en eigenschappen van aluminiumnitride-keramiek aanzienlijk verbeteren. Bovendien kunnen door de introductie van geavanceerde verwerkingstechnologie en apparatuur, zoals lasersnijden, ultrasone verwerking, enz., nauwkeurige verwerking en efficiënte productie van keramische substraten van aluminiumnitride worden bereikt.
3. Prestatietests en evaluatie
Om de prestaties van keramische substraten van aluminiumnitride nauwkeurig te evalueren, zijn onderzoekers voortdurend bezig met het ontwikkelen en verbeteren van verschillende prestatietestmethoden en evaluatienormen. Door bijvoorbeeld geavanceerde apparatuur te gebruiken, zoals een thermische geleidbaarheidstester en een elektrische isolatietester, kunnen belangrijke prestatie-indicatoren zoals thermische geleidbaarheid en elektrische isolatie van keramisch aluminiumnitride-substraat nauwkeurig worden gemeten. Tegelijkertijd kunnen de betrouwbaarheid en duurzaamheid van keramisch substraat van aluminiumnitride in een complexe werkomgeving worden geëvalueerd door middel van simulatie en experimentele verificatie.
Conclusie
Samenvattend heeft een keramisch substraat van aluminiumnitride een breed scala aan toepassingsmogelijkheden in vermogenselektronica, hoogfrequente communicatie, auto-elektronica en andere gebieden. Om aan de specifieke eisen van verschillende toepassingsgebieden te voldoen, onderzoeken onderzoekers voortdurend nieuwe materiaalontwerpen, voorbereidingsprocessen en prestatietestmethoden. In de toekomst, met de voortdurende ontwikkeling van de materiaalwetenschap en voorbereidingstechnologie, zullen de prestaties van het keramische substraat van aluminiumnitride verder worden verbeterd, zullen de kosten verder worden verlaagd en een grotere bijdrage leveren aan de ontwikkeling van de elektronica-industrie. Tegelijkertijd moeten we ook nauwlettend letten op de ontwikkelingstrend van nieuwe technologieën en nieuwe materialen, en het toepassingsgebied en de marktruimte van keramische substraten van aluminiumnitride blijven uitbreiden.
