الإلكترونيات وأشباه الموصلات

مواد سيراميك متقدمة مثل الألومينا (alina) ، الزركونيا (ZrO₂) ، كربيد السيليكون (SiC)ونيتريد السيليكون (siay nanced) يلعب دورا لا غنى عنه في الإلكترونيات وحقول أشباه الموصلات. إنها لبنات بناء أساسية لتحقيق الأداء العالي والتصغير والموثوقية العالية في الأجهزة.

جدول ملخص مقارنة التطبيقات الأساسية

الألومينا هي السيراميك الإلكتروني الأكثر استخدامًا وناضجًا من الناحية التكنولوجية ، حيث يخدم في المقام الأول وظائف العزل والدعم وتبديد الحرارة.

التطبيقات:

حزم الدوائر المتكاملة (IC) والركائز: تعمل بمثابة ركيزة حزمة الرقاقة ، وتوفر التوصيلات الكهربائية والحماية الميكانيكية وتبديد الحرارة. هذا هو التطبيق الأكثر تقليدية والأساسية.
ركائز النحاس المستعبدين المباشر (DBC): يتم ربط رقائق النحاس بسيراميك الألومينا في درجات حرارة عالية ، مما يخلق ركيزة عازلة وموصل حراريًا. يستخدم على نطاق واسع في تغليف أجهزة الطاقة مثل الترانزستورات ثنائية القطب للبوابة المعزولة (IGBTs) والليزر (LDs).
هتك سي (سيراميك يعمل بشكل مشترك بدرجة حرارة عالية): يستخدم لتصنيع ركائز سيراميك متعددة الطبقات عالية الموثوقية ، ويستخدم على نطاق واسع في الفضاء والإلكترونيات العسكرية وغيرها من المجالات.
نوافذ الترددات اللاسلكية/الميكروويف: تستخدم في أنابيب الميكروويف والأجهزة الإلكترونية الفراغية ، فهي تسمح لإشارات الميكروويف بالمرور مع الحفاظ على ضيق الهواء.

المزايا:

تكلفة منخفضة ، عملية تصنيع ناضجة ، عزل ممتاز ، وقوة ميكانيكية عالية.

تطبيقات ZrO₂ في الإلكترونيات تستفيد في المقام الأول من الموصلية الأيونية والخصائص الميكانيكية الممتازة.

التطبيقات:

مستشعرات الأكسجين: الزركونيا المثبتة في الإيتريوم (YSZ) هي موصل أيون أكسجين ممتاز يستخدم في مستشعرات عادم السيارات وأجهزة استشعار التحكم في الاحتراق الصناعي ، مما يحسن كفاءة الاحتراق عن طريق الكشف عن تركيز الأكسجين.
خلايا وقود الأكسيد الصلب (SOFCs): باعتبارها المادة الكهربية الأساسية في لينة ، فهي تقوم بتوصيل أيونات الأكسجين في درجات حرارة عالية لتوليد الكهرباء.
المكونات الهيكلية للإلكترونيات الاستهلاكية: الاستفادة من المتانة العالية (مقاومة الصدمات) ، ومقاومة التآكل ، والمظهر الجماليًا ، يتم استخدامه في الألواح الخلفية للهواتف الذكية ، وحالات الساعات الذكية ، والتطبيقات الأخرى ، وتوفير الدعم الهيكلي والحجب الكهرومغناطيسي مع تحسين جودة المنتج.

المزايا:

الموصلية الأيونية ، وصلابة الكسر العالية ، ومقاومة التآكل ، والمظهر الجماليًا.

يلعب كربيد السيليكون دورًا مزدوجًا: كمادة شبه موصلة وكمادة سيراميك متخصصة. تطبيقات أشباه الموصلات في الوقت الحالي هي الأكثر لفتة للنظر.

تطبيقات (أشباه الموصلات):

أجهزة إلكترونية عالية الطاقة: تصنيع SiC MOSFETs ، ثنائيات حاجز SiC Schottky (SBDs) ، ومكونات أخرى. تُستخدم هذه في أنظمة قيادة المركبات الكهربائية ، وأجهزة الشحن على متن المركبة (OBCs) ، ومحطات الشحن السريع بالتيار المستمر ، والمحولات الكهروضوئية ، ومحركات السيارات الصناعية.
إلكترونيات عالية الحرارة: تعمل في درجات حرارة عالية للغاية (>300 درجة مئوية) ، وتستخدم في البيئات القاسية مثل الفضاء الجوي وحفر الأرض.
أجهزة الترددات اللاسلكية: تستخدم في وحدات ترددات الراديو للمحطة الأساسية 5G ، فهي تتيح ترددات وقوة أعلى.

التطبيقات (كمادة السيراميك):

مكونات عملية تصنيع أشباه الموصلات: تستخدم في تصنيع صواني رقاقة الويفر ، المجاذيف ، والعاكسات. بسبب صلابتها العالية ومقاومة درجات الحرارة العالية ومقاومة الصدمات الحرارية ، يمكنها تحمل بيئة تصنيع أشباه الموصلات القاسية. ركائز تبديد الحرارة المتطورة: على الرغم من أنها مكلفة وصعبة المعالجة ، إلا أن توصيلها الحراري الفائق يجعلها مفيدة لتبديد الحرارة في بعض الأجهزة المتخصصة عالية الكثافة.

المزايا (كأشباه الموصلات): الفجوة العريضة ، وقوة حقل الانهيار العالية ، والموصلية الحرارية العالية ، وسرعة التشبع الإلكتروني العالية تمكن من التشغيل عالي الكفاءة ، والتردد العالي ، ودرجة الحرارة العالية.

يتميز نيتريد السيليكون بخصائص شاملة عالية بشكل استثنائي ، وخاصة قوة الانحناء ومقاومة الصدمات الحرارية (مقاومة التغيرات السريعة في درجات الحرارة) ، والتي تعد من بين أفضل أنواع السيراميك.

التطبيقات:

ركائز السيراميك مطلي بالنحاس: هذا هو التطبيق الأكثر أهمية والأسرع نموا. يتم ربط رقائق النحاس بسيراميك نيتريد السيليكون باستخدام عملية النحاس المعدني النشط (AMB). نظرًا لقوتها الاستثنائية وصلابتها ومقاومتها للصدمات الحرارية التي لا مثيل لها ، فقد أصبحت مادة الركيزة المفضلة لوحدات IGBT عالية الطاقة في السيارات الكهربائية وتطبيقات الطاقة الجديدة. يمكنه تحمل الضغوط الحرارية لركوب الدراجات بقوة شديدة ، مما يضمن عقودًا من موثوقية الوحدة.
ركائز دوائر عالية الأداء: تُستخدم كناقلات للرقائق وأحواض حرارية في تطبيقات الفضاء والإلكترونيات العسكرية التي تتطلب موثوقية عالية.
كرات تحمل معزولة: تستخدم في محامل عالية السرعة في محركات السيارات الكهربائية ، فهي توفر العزل الكهربائي لمنع التآكل الكهربائي مع توفير حياة طويلة وموثوقية عالية.

المزايا:

أعلى قوة ميكانيكية ، مقاومة ممتازة للصدمات الحرارية ، توصيل حراري جيد ، وعزل قوي.

باختصار ، تطور السيراميك المتقدم من "مواد عازلة" بسيطة إلى "مواد تمكين" للصناعات الإلكترونية وأشباه الموصلات. فهي منتشرة في كل شيء بدءًا من المكونات السلبية إلى الأجهزة النشطة ، ومن ناقلات الرقاقات إلى أدوات التصنيع ، وهي حجر الزاوية الذي لا غنى عنه للصناعات الحديثة ذات التقنية العالية.