Dielektrizitätskonstante von Siliziumnitridkeramiken

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Siliziumnitrid-Keramik, Als hochleistungsfähiger struktureller Werkstoff spielen Siliziumnitridkeramiken aufgrund ihrer einzigartigen dielektrischen Eigenschaften eine wichtige Rolle in den Bereichen Elektronik, Kommunikation, Luft- und Raumfahrt sowie Energie. Dieser Artikel bietet globalen Käufern eine umfassende technische Referenz, indem er die dielektrischen Eigenschaften, Produktvorteile, Anwendungsszenarien und Auswahlkriterien von Siliziumnitridkeramiken aus professioneller Sicht analysiert.

Grundlegende Eigenschaften der Dielektrizitätskonstante von Siliziumnitridkeramiken

1. Definition und numerischer Bereich der Dielektrizitätskonstante
   Die Dielektrizitätskonstante (ε) ist ein physikalischer Parameter, der die Fähigkeit eines Materials misst, elektrische Energie in einem elektrischen Feld zu speichern. Die Dielektrizitätskonstante von Siliziumnitridkeramik liegt in der Regel im Bereich von 7,5 bis 8,5 (Frequenz 1 MHz, Raumtemperaturbedingungen), wobei der spezifische Wert von folgenden Faktoren beeinflusst wird:
   -Materialreinheit: Hochreines Siliziumnitrid (Si ∝ N ₄) hat eine stabilere Dielektrizitätskonstante.
   -Mikrostruktur: Kristallphasenzusammensetzung (Verhältnis von α – Si ∝ N ₄ zu β – Si ∝ N ₄)
   -Herstellungsprozess: Unterschiede zwischen heißgepressten und reaktionsgesinterten Produkten
   -Testfrequenz: Die Abweichung innerhalb des Bereichs von 1 kHz bis 10 GHz beträgt weniger als ± 0,3.
2. Frequenz- und Temperaturstabilität
   Die Dielektrizitätskonstante von Siliziumnitridkeramik weist eine ausgezeichnete Frequenzstabilität (Abweichung < 21 TP3T von 10 Hz bis 1 MHz) und Temperaturstabilität (Abweichung < 31 TP3T von -50 °C bis 300 °C) auf, wodurch sie in einem breiten Frequenzband und in Umgebungen mit hohen und niedrigen Temperaturen eine gleichbleibende Leistung aufrechterhalten kann.

Produktvorteile und Problemlösungsfähigkeiten

1. Wichtige Leistungsvorteile
   -Geringer dielektrischer Verlust: tan δ<0,002 (1 MHz), wodurch eine hohe Effizienz bei der Übertragung von Hochfrequenzsignalen gewährleistet wird
   -Hohe Wärmeleitfähigkeit: 90–150 W/(m · K), wodurch das Problem der Wärmeableitung bei elektronischen Geräten effektiv gelöst wird.
   -Hohe Festigkeit und Zähigkeit: Biegefestigkeit 600–1000 MPa, Bruchzähigkeit 6–9 MPa · m ¹/²
   -Korrosionsbeständigkeit: beständig gegen die meisten Säuren und Laugen, wodurch die Lebensdauer der Komponenten verlängert wird
   - Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient: 2,5–3,2 × 10⁻⁶/℃, gut abgestimmt auf Halbleitermaterialien
2. Zentrale Branchenprobleme, die angegangen werden müssen
   -5G-Kommunikation: Reduzierung der Dämpfung hochfrequenter Signale, Verbesserung der Leistung von Basisstationsfiltern und Antennenabdeckungen
   -Leistungselektronik: Bietet integrierte Isolations- und Wärmeableitungslösungen als Ersatz für herkömmliche Al₂O∝/AlN-Substrate.
   -Luft- und Raumfahrt: Aufrechterhaltung der dielektrischen Stabilität in Umgebungen mit extremen Temperaturen/Strahlung
   -Neuenergie-Fahrzeuge: Verbesserung der Zuverlässigkeit von IGBT-Modulen und Isolationskomponenten für Ladestationen
   -Halbleiterfertigung: als Komponente einer Ätzmaschine, beständig gegen Plasmakorrosion

Beispiele für Anwendungsszenarien

1. Mikrowellen- und HF-Komponenten
   -Radarantennenabdeckung (geringer dielektrischer Verlust gewährleistet eine Signalübertragung von >95%)
   -Mikrowellen-Dielektrikum-Resonator (Frequenz-Temperaturkoeffizient kann auf ± 5 ppm/℃ angepasst werden)
2. Verpackung für Leistungselektronik
   -IGBT/DBC-Substrat (Wärmeleitfähigkeit > 90 W/mK, Durchbruchspannung > 15 kV/mm)
   -Hochspannungsisolierring (Durchschlagfestigkeit 40% höher als bei Aluminiumoxid)
3. Ausrüstung für die Halbleiterherstellung
   -Plasmaätzring (Korrosionsbeständigkeit verlängert die Lebensdauer der Anlage um mehr als das Dreifache)
   -Wafer-Handhabungsarm (antistatisch, reduziert Partikelverschmutzung)

Warum sollten Sie sich für unsere Siliziumnitrid-Keramikprodukte entscheiden?

1. Technologische Fertigungsvorteile
   -Materialreinheitskontrolle: Hochreines Siliziumpulver (>99,91 TP3T) und ein fortschrittliches Nitrierverfahren werden verwendet, um die Konsistenz der Chargen sicherzustellen.
   -Präzisionsformtechnologie: isostatisches Pressen + Drucksintern mit einer Dichte von über 99,51 TP3T des theoretischen Wertes
   -Mikrostrukturkontrolle: Durch additives Design und Optimierung der Sinterkurve wird eine präzise Kontrolle des Aspektverhältnisses von β – Si ∝ N ₄ -Körnern erreicht.
   -Bearbeitungsgenauigkeit: CNC-Bearbeitung + Laserschneiden, Maßtoleranz kann ± 0,01 mm erreichen, Oberflächenrauheit Ra < 0,2 μm
2. Maßgeschneiderte Serviceleistungen
   -Anpassung der dielektrischen Eigenschaften: Passen Sie den ε-Wert (einstellbar zwischen 7,0 und 9,0) entsprechend den Frequenzanforderungen des Kunden an.
   -Anpassung von Form und Größe: Unterstützt die Herstellung von komplex geformten Teilen und dünnwandigen Teilen (mit einer Mindestdicke von 0,3 mm)
   -Anpassung der Oberflächenbehandlung: Metallisierung (Mo-Mn-Verfahren DBC), Nachbearbeitung wie Beschichtung und Polieren
   -Schneller Probenzyklus: 15–25 Tage bis zur Bereitstellung funktionsfähiger Muster, wodurch sich die Forschungs- und Entwicklungszeit für den Kunden verkürzt.

Kundenbeispiel (anonymisiert dargestellt)
Fall 1: Europäischer Hersteller von 5G-Ausrüstung
Anforderung: Entwicklung einer Millimeterwellenantennenabdeckung mit ε=8,0 ± 0,2 (28 GHz), tan δ95%, Optimierung des Sinterprozesses
Ergebnis: Das Produkt hat die ETSI-Standardtests bestanden und den Signalverlust um 37% reduziert. Es wurde für 3 Jahre in großen Mengen gekauft.
Fall 2: Japanischer Hersteller von Leistungsmodulen
Anforderung: Ersetzen Sie das AlN-Substrat, um das Problem der ungleichmäßigen Wärmeableitung von IGBT-Modulen in Elektrofahrzeugen zu lösen.
Lösung: Entwickeln Sie Siliziumnitrid mit hoher Wärmeleitfähigkeit (145 W/mK) in Kombination mit DBC-Technologie.
Ergebnis: Der thermische Widerstand des Moduls wurde um 28% reduziert, die Lebensdauer bei Stromzyklen wurde auf das 1,8-fache des AlN-Substrats erhöht.
Fall 3: Amerikanisches Unternehmen für Halbleiterausrüstung
Anforderung: Komponenten für Plasmaätzmaschinen, die eine Beständigkeit gegen CF₄/O₂-Plasmakorrosion für >2000 Stunden erfordern
Lösung: Einsatz von hochdichtem Reaktionssinter Si ∝ N ₄ (>99% theoretische Dichte)
Ergebnis: Die Lebensdauer der Komponenten wurde von 600 Stunden auf 2500 Stunden verlängert, und die jährlichen Wartungskosten wurden um 65% reduziert.

Siliziumnitridkeramik hat sich aufgrund ihrer einzigartigen Kombination aus dielektrischen Eigenschaften – moderate Dielektrizitätskonstante, extrem geringer dielektrischer Verlust, ausgezeichnetes Wärmemanagement und mechanische Eigenschaften – zu einem wichtigen Material für hochwertige elektronische und industrielle Anwendungen entwickelt. Mit der rasanten Entwicklung der 5G-Kommunikation, neuer Energiefahrzeuge und der Halbleiterindustrie wird die Nachfrage nach Siliziumnitridkeramikkomponenten weiter steigen.

Brudeze Keramiken liefert und verkauft eine breite Palette von hochwertigem Quarzglas, einschließlich Aluminiumoxidkeramik, Zirkoniumdioxidkeramik, Siliziumnitridkeramik, Aluminiumnitridkeramik, Siliziumkarbidkeramik, Borkarbidkeramik, Biokeramik, maschinell bearbeitbare Keramik usw. Wir sind in der Lage, die Anforderungen an die Anpassung verschiedener Keramikprodukte zu erfüllen.