מבוא לסוגים, דגמים, מאפיינים ותפקודים של מצעים קרמיים

מבוא לסוגים, דגמים, מאפיינים ותפקודים של מצעים קרמיים

1. סיווג ומאפיינים של חומרי מצע קרמי הנפוצים לאריזה אלקטרונית

ישנם סוגים רבים של חומרי מצע לאריזה אלקטרונית, והמצעים הנפוצים מחולקים בעיקר לשלוש קטגוריות: מצעי אריזות פלסטיק, מצעי אריזות מתכת ומצעי אריזה קרמיים. חומרי אריזה מפלסטיק הם בדרך כלל בעלי מוליכות תרמית נמוכה ואמינות ירודה, ואינם מתאימים לתחומי ביקוש גבוה; לחומרי אריזות מתכת יש מוליכות תרמית גבוהה, אך מקדמי ההתפשטות התרמית שלהם בדרך כלל אינם תואמים, ומחיריהם גבוהים יחסית.

מצעים קרמיים הם חומר מצע נפוץ באריזה אלקטרונית. בהשוואה למצעי פלסטיק ומתכת, למצעים קרמיים יש את היתרונות הבאים: (1) ביצועי בידוד טובים ואמינות גבוהה; (2) מקדם דיאלקטרי נמוך וביצועים טובים בתדר גבוה; (3) מקדם התפשטות תרמית נמוך ומוליכות תרמית גבוהה; (4) אטימות טובה, ביצועים כימיים יציבים והשפעה הגנה חזקה על מערכות אלקטרוניות [3]. לכן הוא מתאים לאריזת מוצרים בעלי אמינות גבוהה, תדירות גבוהה, עמידות בטמפרטורה גבוהה ואטימות חזקה בתעופה, תעופה וחלל והנדסה צבאית. רכיבים אלקטרוניים עם שבבים קטנים במיוחד נמצאים בשימוש נרחב בתחומים כמו תקשורת סלולרית, מחשבים, מכשירי חשמל ביתיים ואלקטרוניקה לרכב, וחומרי הספק שלהם משתמשים לרוב במצעים קרמיים לאריזה אלקטרונית.

כיום, מספר חומרי מצע קרמי נפוצים לאריזה אלקטרונית כוללים תחמוצת אלומיניום (Al2O3), אלומיניום ניטריד (AlN), ניטריד סיליקון (Si3N4), סיליקון קרביד (SiC), בורון ניטריד (BN) ותחמוצת בריליום (BeO).

1.1 מצע קרמי Al2O3

קרמיקה Al2O3 מתייחסת בדרך כלל ל-Al2O3 כחומר הגלם העיקרי, - קרמיקות שונות עם Al2O3 כשלב הגבישי העיקרי ותכולת Al2O3 מעל 75% יש יתרונות כגון מקורות חומר גלם בשפע, מחירים נמוכים, חוזק מכני וקשיות גבוהים, ביצועי בידוד טובים, עמידות בחום ועמידות בפני פגיעות, עמידות בפני שחיקה כימית טובה, דיוק ממדי גבוה והידבקות טובה למתכות. הם חומר מצע קרמי עם ביצועים מקיפים טובים. מצעים קרמיים Al2O3 נמצאים בשימוש נרחב בתעשיית האלקטרוניקה, המהווים 90% מסך המצעים הקרמיים והפכו לחומר הכרחי בתעשיית האלקטרוניקה.

כיום, רוב מצעי הקרמיקה Al2O3 המשמשים הם מצעים רב-שכבתיים. העלייה בתכולת Al2O3 תשפר את ביצועי הבידוד החשמלי, מוליכות תרמית ועמידות בפני פגיעות, אך היא גם תוביל לעלייה בטמפרטורת הסינטר ובעלויות הייצור. על מנת להפחית את טמפרטורת הסינטר ולהבטיח את התכונות המכניות והחשמליות של מצעים קרמיים Al2O3, כמות מסוימת של עזרי סינטר כגון B2O3, MgO, CaO, SiO2, TiO2, Nb2O5, Cr2O3, CuO, Y2O3, La2O3 ו- Sm2O3 הם מתווספים לעתים קרובות כדי לקדם סינטינג [1].

למרות שלמצעים קרמיים Al2O3 יש ייצור גבוה ויישומים רחבים, השימוש בהם במעגלים משולבים בתדירות גבוהה, בהספק גבוה ובקנה מידה גדול במיוחד מוגבל בשל המוליכות התרמית הגבוהה יחסית שלהם בהשוואה לגבישי סיליקון בודדים.

www.superbheater.com