الإلكترونيات الضوئية والاتصالات

تسعى صناعات الإلكترونيات الضوئية والاتصالات إلى تحقيق الأداء الفائق ، مما يفرض متطلبات عالية للغاية على الخصائص الإلكترونية البصرية للمواد ، وقدرات الإدارة الحرارية ، والاستقرار ، والقدرة على الماكينات الدقيقة. تلعب الألومينا (alina) ، والزركونيا (ZrO₂) ، وكربيد السيليكون (SiC) ، ونيتريد السيليكون (silicon) دورا رئيسيا في هذا المجال ، من الدعم الأساسي إلى الوظائف الأساسية.

في الإلكترونيات الضوئية والاتصالات ، يمكن تلخيص مزايا هذه الخزف الأربعة على النحو التالي:

• خصائص كهربائية ممتازة: من أفضل العوازل (alالهولانديكية) إلى أشباه الموصلات ذات النطاق العريض (SiC) ، فهي تلبي المتطلبات الكهربائية المتنوعة.
• إدارة حرارية ممتازة: الموصلية الحرارية العالية (SiC) أو العزل الممتاز (ZrO₂) تمكن من تبديد الحرارة أو العزل الحراري بكفاءة.
• فقدان عازل منخفض وثابت عازل يمكن التحكم فيه: شفاف لإشارات الموجات الدقيقة والترددات اللاسلكية بأقل تأثير ، مما يجعلها مواد مثالية لأجهزة الاتصالات عالية التردد.
• صلابة عالية وثبات الأبعاد: فهي تتيح تصنيع منصات وركائز بصرية دقيقة للغاية ومقاومة للتشوه. مطابقة معامل التمدد الحراري مع السيليكون: (SiC ، sinency) أمر بالغ الأهمية لتغليف الرقاقة على الركيزة بشكل موثوق لمنع التشقق الناتج عن ركوب الدراجات الحرارية.

1. ألومينا (Alumina)-"حجر الزاوية في صناعة الإلكترونيات"
الركيزة الخزفية الإلكترونية الأكثر استخدامًا وناضجة من الناحية التكنولوجية هي عادة 9 سلاسل (على سبيل المثال ، 95 ٪ alo₃) أو ألومينا عالية النقاء (99.5 ٪ alo₃).

المزايا: عزل كهربائي ممتاز ، قوة ميكانيكية عالية ، توصيل حراري جيد (نسبة إلى السيراميك الآخر) ، تكلفة منخفضة ، وعمليات تصنيع ناضجة.

تطبيقات محددة:

• ركائز/عبوات التغليف: تستخدم في تصنيع ركائز دوائر الأغشية السميكة والأغشية الرقيقة وقواعد حزم الرقاقات (مثل حوامل الصمام). يمكن طباعة سطحه بدقة باستخدام المقاومات والمكثفات والدوائر الموصلة.
• أغطية أنبوب الليزر وجهاز التفريغ: تعمل كأنبوب التفريغ ومواد النوافذ لأشعة الليزر CO₂ عالية الطاقة ، وكذلك السكن للمرحلات الفراغية ، وتوفير العزل وختم الفراغ.
• نوافذ الترددات اللاسلكية/الميكروويف: يتم استخدامها في أنابيب الميكروويف ، والمسرعات ، وأنظمة الرادار التي تعمل في نطاقات تردد معينة كنافذة محكمة الغلق للموجات الكهرومغناطيسية.

2. زركونيا (ZrO₂)-"عزل حراري دقيق وخبير استشعار"
الاستفادة من آلية تشديد تغيير المرحلة الفريدة والتوصيل الأيوني.

المزايا: صلابة عالية (مقاومة للكسر) ، توصيل حراري منخفض للغاية (مواد العزل الحراري من الدرجة الأولى) ، الموصلية الأيونية ، وقابلية المعالجة إلى دقة مستوى النانومتر.

تطبيقات محددة:

• الحلقات والأكمام من الألياف: هذا هو تطبيقه الأكثر دقة. يتم استخدامه في تصنيع الحلقات والأكمام الخزفية لموصلات الألياف البصرية (مثل SC ، LC ، و FC). يضمن معامل التمدد الحراري المنخفض للغاية ، وصلابة عالية ، ومقاومة التآكل ، ومعامل التمدد الحراري المنخفض للغاية محاذاة دقيقة للألياف البصرية (مستوى الميكرومتر) ، مما يتيح إرسال إشارة بصرية منخفضة الفقد.
• مستشعرات الأكسجين: يتم تصنيع مستشعرات الأكسجين الأيوني من الزركونيا المثبتة في الإيتريا (YSZ) عند درجات حرارة عالية ، وأجهزة استشعار الأكسجين لمحركات السيارات والتحكم في الاحتراق.
• طلاء الحاجز الحراري: على الرغم من أنه ليس مادة سائبة ، إلا أنه يتم تطبيقه عن طريق رش البلازما على المكونات عالية الطاقة في معدات الاتصالات لتوفير العزل الحراري.

3. كربيد السيليكون (SiC)-"قلب الجيل القادم من الطاقة وإلكترونيات الترددات اللاسلكية"
شبه موصل رائد ذو فجوة عريضة ، ليس فقط مادة هيكلية ولكن أيضًا مادة وظيفية ، ثورة الإلكترونيات التقليدية القائمة على السيليكون.

المزايا: الموصلية الحرارية العالية للغاية (تشتيت الحرارة يتجاوز النحاس) ، خصائص أشباه الموصلات ذات فجوة عريضة (تحمل الجهد العالي ، ودرجة الحرارة العالية ، والتردد العالي) ، الصلابة العالية ، ومعامل التمدد الحراري المنخفض.

تطبيقات محددة:

• الأجهزة الإلكترونية عالية الطاقة: تصنيع MOSFETs ، الثنائيات ، وغيرها من الأجهزة. يمكن أن تعمل أجهزة SiC في درجات حرارة أعلى وفولتية أعلى وترددات أعلى ، بينما تستهلك طاقة أقل. فهي جوهر مركبات الطاقة الجديدة ، والشبكات الذكية ، ومحركات الأقراص الصناعية.
• أجهزة الترددات اللاسلكية/الميكروويف: مضخمات الطاقة RF المستخدمة في محطات قاعدة الاتصالات 5G. إن رقائق الفوقي GaN-on-SiC هي الحل السائد حاليًا في مجال الترددات اللاسلكية عالي الأداء ، مما يوفر قوة خرج وكفاءة هائلة.
• ركائز عالية الأداء: تعمل كأحواض حرارة للمصابيح الكهربائية العالية والثنائيات الليزرية (LDs) ، تسمح الموصلية الحرارية العالية لها بتبديد الحرارة الناتجة عن الرقائق بسرعة ، مما يضمن أداء الجهاز وعمره.
• المرايا البصرية: فراغات مرآة كبيرة وخفيفة الوزن تستخدم في التلسكوبات الفضائية وأنظمة الاتصالات بالليزر عبر الأقمار الصناعية ، بسبب صلابة عالية ، وانخفاض الوزن ، والاستقرار الحراري الممتاز.

4. نيتريد السيليكون (siركيا)-"دعم رئيسي لرقائق الاتصالات البصرية عالية السرعة"
يتميز هذا الخزف الهيكلي بأداء شامل ممتاز وله تطبيق متطور لا يمكن الاستغناء عنه في الاتصالات البصرية.

المزايا: الموصلية الحرارية العالية ، معامل التمدد الحراري المنخفض للغاية (المتطابق تمامًا مع السيليكون) ، قوة الكسر العالية ، والعزل الكهربائي الممتاز.

تطبيقات محددة:

• ركائز وحدة الاتصالات البصرية: هذا هو التطبيق الأعلى قيمة. إنه بمثابة ركيزة الدائرة لوحدات الإرسال والاستقبال الضوئية عالية السرعة (مثل 400 جم و 800 جم). إن معاملها للتمدد الحراري قريب جدًا من رقائق السيليكون ، مما يمنع الإجهاد الكبير من تشقق مفاصل اللحام أثناء تقلبات درجة الحرارة ، مما يحسن بشكل كبير من موثوقية الوحدة على المدى الطويل. علاوة على ذلك ، الموصلية الحرارية لها أفضل من الألومينا ، مما يسهل تبديد الحرارة.
• ركائز السيراميك: يتم استخدامها كركائز للتعبئة لوحدات الطاقة والدوائر المتكاملة ، لا سيما في قطاعات إلكترونيات الطيران والسيارات ، حيث الموثوقية العالية أمر بالغ الأهمية.
• ركائز دائرة رقيقة: يتم استخدامها لدوائر الميكروويف ، والتي تتطلب ثباتًا أعلى الأبعاد وتبديد الحرارة.