De nombreux matériaux de corps frittés principalement composés d'oxydes sont largement utilisés dans la production de composants fonctionnels électroniques. Le processus de fabrication de la céramique électronique est à peu près le même que celui de la céramique traditionnelle.
Céramique électronique, ou céramiques pour l'industrie électronique, sont fondamentalement différentes des céramiques générales pour l'énergie électrique en termes de composition chimique, microstructure et propriétés électromécaniques. Ces différences sont formées par une série d'exigences techniques particulières mises en avant par l'industrie électronique pour les céramiques électroniques, dont le plus important est d'avoir une résistance mécanique élevée, haute résistance à la température et à l'humidité, résistance aux radiations, et une large gamme de constantes diélectriques. La valeur de tangente de perte diélectrique est faible, et le coefficient de température de capacité peut être ajusté (ou le taux de changement de capacité peut être ajusté). Haute résistance électrique et résistance d'isolement, et d'excellentes performances de vieillissement.
Céramique électronique peuvent être divisés en cinq catégories selon leurs fonctions et utilisations: céramique isolante, condensateur céramique, céramique ferroélectrique, céramiques semi-conductrices et céramiques ioniques.
Céramique de dispositif d'isolation
Appelé porcelaine de l'appareil, il possède d'excellentes propriétés d'isolation électrique et est utilisé comme céramique électronique pour les pièces structurelles, substrats et boîtiers dans les équipements et dispositifs électroniques. La porcelaine du dispositif d'isolation comprend divers isolants, cadres de bobine, porte-tubes, commutateurs de bande, supports de condensateur, substrats de circuits intégrés et coques d'emballage. Les exigences de base pour ce type de porcelaine sont une faible constante diélectrique ε, faible perte diélectrique tanδ, haute résistivité d'isolement ρ, haute résistance à la rupture E, et bonnes caractéristiques de température diélectrique et caractéristiques de fréquence. piles à combustible à oxyde solide, une résistance mécanique et une stabilité chimique plus élevées sont également requises.
Parmi ces types de céramiques, la porcelaine de talc et la porcelaine d'alumine sont les plus largement utilisées. Leurs principaux composants de phase cristalline sont et respectivement. La porcelaine de talc a une excellente isolation électrique et un faible coût, et est une porcelaine de dispositif à haute fréquence typique utilisée dans les bandes de radiofréquence. La porcelaine d'alumine est une sorte de haute fréquence, porcelaine de dispositif à haute température et à haute résistance avec une meilleure isolation électrique. Ses propriétés électriques et physiques augmentent avec l'augmentation de la teneur en oxyde d'aluminium. Les porcelaines à haute teneur en alumine sont couramment utilisées. 75%, 95%, et 99% alumine. Dans certains circuits intégrés très exigeants, même de la porcelaine de corindon pur avec une teneur en oxyde d'aluminium de 99.9% est utilisé, dont les propriétés sont similaires aux monocristaux de saphir. Les inconvénients de la porcelaine à haute teneur en alumine, porcelaine de corindon particulièrement pure, ont des difficultés à fabriquer, température de cuisson élevée et prix élevé.
Il existe également un type de porcelaine à haute conductivité thermique représentée par l'oxyde de béryllium (BeO) dans la porcelaine de l'appareil. La conductivité thermique à température ambiante de la porcelaine d'oxyde de béryllium contenant BeO95% est la même que celle du métal. L'oxyde de béryllium a également de bonnes propriétés diélectriques, résistance à la température et haute résistance mécanique. L'inconvénient est que la matière première du BeO est très toxique, et le matériau céramique a une température de cuisson élevée, ce qui limite son application. Nitrure de bore (NE) porcelaine et nitrure d'aluminium (AIN) la porcelaine sont également des porcelaines à haute conductivité thermique. Bien que leur conductivité thermique ne soit pas aussi bonne que celle de la porcelaine d'oxyde de béryllium, ils sont non toxiques, l'aptitude au traitement et les propriétés diélectriques sont bonnes, et peut être utilisé pour les transistors haute fréquence et haute puissance. Utilisé pour la dissipation thermique et l'isolation dans les circuits intégrés à grande échelle.
Développement d'une sorte de céramique pressée à chaud avec SiC comme matériau de base et dopée avec une petite quantité de BeO et d'autres impuretés. Ce type de céramique a d'excellentes propriétés d'isolation, et sa conductivité thermique est supérieure à celle de la porcelaine d'oxyde de béryllium avec une pureté de 99%. Son coefficient de dilatation thermique est proche de celui des monocristaux de silicium dans une large plage de température, et devrait être utilisé dans des circuits intégrés à grande échelle avec une grande dissipation de puissance.
Porcelaine feldspathique à faible teneur en alcali, qui est utilisé comme matrice de résistances à film de carbone et à film métallique, est également un appareil important et peu coûteux en porcelaine, mais sa perte diélectrique est importante et il n'est pas adapté à une utilisation à hautes fréquences.
Céramique de condensateur
Céramiques électroniques utilisées comme diélectriques de condensateur. Ce type de céramique a la plus grande consommation et la plus grande variété de spécifications. Les principaux sont les céramiques de condensateur haute fréquence et basse fréquence et les céramiques de condensateur semi-conducteur.
La porcelaine de condensateur haute fréquence appartient à la porcelaine de condensateur de classe I, principalement utilisé pour fabriquer des condensateurs céramiques à haute stabilité et des condensateurs de compensation de température dans les circuits haute fréquence. Les principaux composants de ce type de céramique sont principalement des titanates de métaux alcalino-terreux ou de terres rares et des solutions solides à base de titanate (Table 1).
Céramique électronique
La sélection de différents composants céramiques permet d'obtenir des céramiques de condensateur haute fréquence avec différentes constantes diélectriques, tangente de perte diélectrique tanδ et coefficient de température diélectrique αε pour répondre aux besoins de diverses compensations de température. La porcelaine de tétratitanate de baryum dans le tableau n'est pas seulement un diélectrique de condensateur à haute stabilité thermique, mais aussi un excellent matériau diélectrique hyperfréquence.
La porcelaine de condensateur basse fréquence appartient à la porcelaine de condensateur de classe Ⅱ, qui est principalement utilisé pour fabriquer des condensateurs céramiques pour le bypass, Blocage et filtrage du courant continu dans les circuits basse fréquence. Les principales caractéristiques sont une constante diélectrique élevée ε, grande tangente de perte, et grand taux de changement de tanδ et ε avec la température. La plus utilisée de ce type de céramique est le titanate de baryum ferroélectrique (BaTiO3) comme composant principal, qui est obtenu par modification de dopage avec un ε élevé (jusqu'à 20000 à température ambiante) et faible taux de changement de température ε. Céramique de condensateur monolithique basse fréquence frittée à basse température principalement composée de plomb ferroélectrique à changement de phase doux niobate de magnésium (PbMg1/3Nb2/3O3) sont également des céramiques de condensateur basse fréquence importantes.
Céramique de condensateur semi-conducteur La couche isolante formée sur la surface extérieure de la céramique semi-conductrice ou la surface intérieure (joint de grains) entre les grains cristallins se trouve une céramique électronique qui est le diélectrique du condensateur. Parmi eux, le condensateur à couche limite fabriqué en utilisant les propriétés diélectriques de la couche limite à grains céramiques est un nouveau type de condensateur haute performance et haute fiabilité, qui a une faible perte diélectrique, haute résistance d'isolation et haute tension de fonctionnement. La constante diélectrique apparente de cette céramique est extrêmement élevée (jusqu'à 105), faible perte diélectrique (moins que 1%), résistivité volumique élevée (plus haut que 1011 ohm·cm), et fréquence de dispersion diélectrique élevée (au dessus 1 GHz) ), bonne résistance à l'humidité, est un produit de haute performance, milieu de condensateur à haute stabilité. Céramiques ferroélectriques Céramiques électroniques avec des cristaux ferroélectriques comme phase cristalline principale. Il n'y a pas moins d'un millier de types de cristaux ferroélectriques qui ont été découverts, mais en tant que phase cristalline principale des céramiques ferroélectriques, il s'agit principalement de cristaux ferroélectriques ou de solutions solides de type perovskite ou quasi-perovskite. Dans une certaine plage de température, il y a une polarisation spontanée dans le cristal qui peut changer de direction avec le champ électrique appliqué. C'est la ferroélectricité du cristal. Lorsque la température dépasse une certaine valeur critique ─ ─ Température de Curie TC, son intensité de polarisation tombe à zéro, le cristal perd de la ferroélectricité, et devient un cristal paraélectrique normal; à la fois, le cristal passe d'une phase ferroélectrique à une phase paraélectrique Changement de phase. L'intensité de polarisation des ferroélectriques change également radicalement avec le champ électrique.
Céramique électronique
Une caractéristique microscopique importante des ferroélectriques est la structure du domaine électrique, C'est, les ferroélectriques ont de nombreuses petites régions qui sont spontanément polarisées à saturation dans une direction spécifique ─ ─ domaines électriques. Ces domaines avec des orientations différentes sont séparés par des parois de domaine. Sous l'action d'un champ électrique externe relativement fort, ce cristal multi-domaine peut être contraint d'être orienté par le champ électrique et devenir mono-domaine. Ce type de processus dynamique dans lequel les domaines électriques inversent leur orientation avec un champ électrique externe, y compris le mouvement des murs de domaine et la nucléation et la croissance de nouveaux domaines.
Céramique ferroélectrique
Multifonctionnel et polyvalent. L'utilisation de ses propriétés piézoélectriques peut être transformée en dispositifs piézoélectriques, qui est la principale application des céramiques ferroélectriques, ainsi les céramiques ferroélectriques sont souvent appelées céramiques piézoélectriques. Utilisation des caractéristiques pyroélectriques des céramiques ferroélectriques (effet de libération de charges à la surface du corps ferroélectrique en raison du changement d'intensité de polarisation lorsque la température change) peuvent être transformés en détecteurs infrarouges, qui peut être utilisé dans la mesure de la température, MCH Céramique Chauffe POUR E-cigarette, télédétection, et Biologie, la médecine et d'autres domaines ont une valeur d'application importante. Les céramiques pyroélectriques typiques comprennent le titanate de plomb (PbTiO3) etc. Utilisant le fort effet électro-optique de la céramique ferroélectrique transparente PLZT (titanate zirconate de plomb dopé au lanthane) (les propriétés optiques de la céramique ferroélectrique transparente sont modifiées par le contrôle de l'état de domaine de la céramique ferroélectrique transparente par un champ électrique externe, présentant ainsi une biréfringence contrôlée électroniquement et une lumière contrôlée électroniquement L'effet de la diffusion) peuvent être transformés en de nouveaux dispositifs tels que des modulateurs laser, écrans photoélectriques, stockage d'informations optique, commutateurs optiques, capteurs photoélectriques, stockage et affichage d'images, et lunettes de protection contre les rayonnements laser ou nucléaire.
Céramiques semi-conductrices
Céramiques électroniques à grains cristallins semi-conducteurs et isolants (ou semi-conducteur) joints de grains par des mesures de semi-conducteurisation, présentant ainsi de fortes barrières d'interface et d'autres caractéristiques de semi-conducteur.
Il existe deux méthodes principales de semi-conducteur céramique: procédé de réduction forcée et procédé de dopage du donneur (également connue sous le nom de méthode de contrôle de la valence atomique). Les deux méthodes consistent à former des défauts tels que des lacunes ioniques dans les cristaux de céramique, fournissant ainsi un grand nombre d'électrons conducteurs, de sorte que les grains de cristal dans la céramique deviennent un certain type (généralement de type N) semi-conducteur. La couche intermédiaire entre ces grains cristallins est une couche isolante ou un autre type (Type P) couche semi-conductrice.
Il existe de nombreux types de céramiques semi-conductrices, comprenant diverses thermistances à coefficient de température négatif constituées de la nature des grains de cristal dans les céramiques semi-conductrices; condensateurs semi-conducteurs constitués de propriétés aux limites de grain, Varistances ZnO, et thermistances à coefficient de température positif série BaTiO3 Résistances, Cellules solaires CdS/Cu2S; et diverses résistances céramiques sensibles à l'humidité et résistances sensibles aux gaz constituées de propriétés de surface. Table 2 répertorie les céramiques semi-conductrices typiques pour les capteurs.
Les céramiques photoélectriques CdS/Cu2S sont différentes des céramiques semi-conductrices répertoriées dans le tableau ci-dessus qui utilisent les propriétés de la couche limite de grain isolante. Il utilise l'effet photovoltaïque de l'hétérojonction PN entre le CdS de type N et la couche limite de grain Cu2S de type P. La cellule solaire en céramique fabriquée avec elle peut être utilisée comme source d'alimentation pour les stations sans surveillance et comme dispositif de couplage photoélectrique dans les instruments électroniques.
Céramique ionique
Céramique électronique à conductivité ionique rapide. Il a les caractéristiques d'une livraison rapide d'ions positifs. Le représentant typique est la porcelaine β-Al2O3. La conductivité ionique de ce type de céramique peut atteindre 0.1/(ohm·cm) à 300℃, qui peut être utilisé pour fabriquer des batteries solides plus économiques avec un rapport énergétique élevé, et peut également fabriquer des condensateurs à décharge lente avec une densité de stockage d'énergie élevée. C'est un matériau qui aide à résoudre les problèmes d'énergie.
Par l'équipe d'ingénieurs avancés FUBOON.
