Constante diélectrique des céramiques de nitrure de silicium

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Céramiques à base de nitrure de silicium, en tant que matériau céramique structurel haute performance, jouent un rôle clé dans les domaines de l'électronique, des communications, de l'aérospatiale et de l'énergie en raison de leurs propriétés diélectriques uniques. Cet article fournit une référence technique complète aux acheteurs internationaux en analysant les caractéristiques de la constante diélectrique, les avantages des produits, les scénarios d'application et les critères de sélection des céramiques à base de nitrure de silicium d'un point de vue professionnel.

Caractéristiques fondamentales de la constante diélectrique des céramiques à base de nitrure de silicium

1. Définition et plage numérique de la constante diélectrique
   La constante diélectrique (ε) est un paramètre physique qui mesure la capacité d'un matériau à stocker de l'énergie électrique dans un champ électrique. La constante diélectrique des céramiques en nitrure de silicium se situe généralement entre 7,5 et 8,5 (fréquence 1 MHz, conditions à température ambiante), et sa valeur spécifique est influencée par les facteurs suivants :
   - Pureté du matériau : le nitrure de silicium (Si ∝ N ₄) de haute pureté présente une constante diélectrique plus stable.
   -Microstructure : composition de la phase cristalline (rapport α – Si ∝ N ₄ /β – Si ∝ N ₄)
   -Processus de préparation : différences entre les produits frittés à chaud et les produits frittés par réaction
   -Fréquence d'essai : la variation dans la plage comprise entre 1 kHz et 10 GHz est inférieure à ± 0,3.
2. Stabilité de fréquence et de température
   La constante diélectrique des céramiques à base de nitrure de silicium présente une excellente stabilité en fréquence (variation < 21 TP3T entre 10 Hz et 1 MHz) et en température (variation < 31 TP3T entre -50 °C et 300 °C), ce qui lui permet de maintenir des performances constantes dans une large bande de fréquences et dans des environnements à haute et basse température.

Avantages du produit et capacités de résolution des problèmes

1. Principaux avantages en termes de performances
   - Faible perte diélectrique : tan δ < 0,002 (1 MHz), garantissant une efficacité de transmission des signaux à haute fréquence
   -Haute conductivité thermique : 90-150 W/(m · K), résolvant efficacement le problème de dissipation thermique des appareils électroniques
   - Haute résistance et ténacité : résistance à la flexion 600-1000 MPa, ténacité à la rupture 6-9 MPa · m ¹/²
   -Résistance à la corrosion : résiste à la plupart des corrosions acides et alcalines, prolongeant ainsi la durée de vie des composants.
   - Faible coefficient de dilatation thermique : 2,5-3,2 × 10 ⁻⁶/℃, bien adapté aux matériaux semi-conducteurs
2. Principaux enjeux sectoriels à traiter
   -Communication 5G : réduire l'atténuation des signaux à haute fréquence, améliorer les performances des filtres des stations de base et des couvercles d'antennes.
   -Électronique de puissance : fournit des solutions intégrées d'isolation et de dissipation thermique pour remplacer les substrats traditionnels Al ₂ O ∝/AlN.
   -Aérospatiale : maintien de la stabilité diélectrique dans des environnements soumis à des températures extrêmes et à des rayonnements importants.
   -Véhicules à énergie nouvelle : amélioration de la fiabilité des modules IGBT et des composants d'isolation des bornes de recharge
   -Fabrication de semi-conducteurs : en tant que composant d'une machine de gravure, résistant à la corrosion par plasma

Exemples de scénarios d'application

1. Composants micro-ondes et RF
   -Couvercle d'antenne radar (faible perte diélectrique garantissant une transmission du signal > 95%)
   -Résonateur diélectrique micro-ondes (le coefficient de température de fréquence peut être personnalisé à ± 5 ppm/℃)
2. Emballage pour composants électroniques de puissance
   -Substrat IGBT/DBC (conductivité thermique > 90 W/mK, tension de claquage > 15 kV/mm)
   -Anneau isolant haute tension (rigidité diélectrique supérieure de 40% à celle de l'alumine)
3. Équipements de fabrication de semi-conducteurs
   -Anneau de gravure au plasma (la résistance à la corrosion améliore la durée de vie de l'équipement de plus de 3 fois)
   -Bras de manipulation des plaquettes (antistatique, réduisant la pollution particulaire)

Pourquoi choisir nos produits en céramique de nitrure de silicium ?

1. Avantages technologiques en matière de fabrication
   -Contrôle de la pureté des matériaux : une poudre de silicium de haute pureté (>99,9%) et un procédé de nitruration avancé sont utilisés pour garantir la cohérence des lots.
   -Technologie de moulage de précision : pressage isostatique + frittage sous pression, avec une densité supérieure à 99,51 TP3T de la valeur théorique.
   -Contrôle de la microstructure : grâce à la conception additive et à l'optimisation de la courbe de frittage, un contrôle précis du rapport d'aspect des grains β – Si ∝ N ₄ est obtenu.
   - Précision d'usinage : usinage CNC + découpe laser, tolérance dimensionnelle pouvant atteindre ± 0,01 mm, rugosité de surface Ra < 0,2 μm
2. Capacité de service personnalisé
   -Personnalisation des propriétés diélectriques : ajustez la valeur ε (réglable entre 7,0 et 9,0) en fonction des exigences de fréquence du client.
   -Personnalisation de la forme et de la taille : prend en charge la production de pièces de forme complexe et de pièces à parois minces (avec une épaisseur minimale de 0,3 mm)
   -Personnalisation du traitement de surface : métallisation (méthode Mo Mn DBC), traitement secondaire tel que revêtement et polissage.
   -Cycle d'échantillonnage rapide : 15 à 25 jours pour fournir des échantillons fonctionnels, ce qui réduit le temps de recherche et développement pour le client.

Cas client (affichage anonyme)
Cas n° 1 : Fabricant européen d'équipements 5G
Exigence : Développer un cache d'antenne à ondes millimétriques avec ε = 8,0 ± 0,2 (28 GHz), tan δ 95%, optimiser le processus de frittage.
Résultat : Le produit a passé avec succès les tests standard ETSI et réduit la perte de signal de 37%. Il est acheté en gros depuis 3 ans.
Cas n° 2 : Fabricant japonais de modules d'alimentation électrique
Exigence : Remplacer le substrat AlN pour résoudre le problème de dissipation thermique inégale des modules IGBT dans les véhicules électriques
Solution : Développer un nitrure de silicium à haute conductivité thermique (145 W/mK) combiné à la technologie DBC.
Résultat : Résistance thermique du module réduite de 28%, durée de vie du cycle d'alimentation augmentée jusqu'à 1,8 fois celle du substrat AlN
Cas n° 3 : Entreprise américaine spécialisée dans les équipements pour semi-conducteurs
Exigence : Composants de machine de gravure au plasma, nécessitant une résistance à la corrosion par plasma CF ₄/O ₂ pendant plus de 2000 heures
Solution : Adopter un frittage à haute densité Si ∝ N ₄ (>99% densité théorique)
Résultat : La durée de vie des composants a été prolongée de 600 heures à 2 500 heures, et les coûts de maintenance annuels ont été réduits de 65%.

Les céramiques à base de nitrure de silicium sont devenues un matériau clé pour les applications électroniques et industrielles haut de gamme en raison de leur combinaison unique de propriétés diélectriques : constante diélectrique modérée, perte diélectrique extrêmement faible, excellente gestion thermique et propriétés mécaniques. Avec le développement rapide des communications 5G, des véhicules à énergie nouvelle et des industries des semi-conducteurs, la demande en composants céramiques à base de nitrure de silicium continuera de croître.

Brudeze Ceramics fournit et vend une large gamme de verre de quartz de haute qualité, y compris des céramiques d'alumine, des céramiques de zircone, des céramiques de nitrure de silicium, des céramiques de nitrure d'aluminium, des céramiques de carbure de silicium, des céramiques de carbure de bore, des biocéramiques, des céramiques usinables, etc. Nous pouvons répondre aux exigences de personnalisation de divers produits céramiques.