Nhiều vật liệu cơ thể thiêu kết chủ yếu bao gồm các oxit được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các linh kiện chức năng điện tử. Quy trình sản xuất gốm sứ điện tử gần giống như quy trình sản xuất gốm sứ truyền thống.
Gốm sứ điện tử, hoặc gốm sứ cho ngành công nghiệp điện tử, về cơ bản khác với gốm nói chung cho năng lượng điện về thành phần hóa học, cấu trúc vi mô và tính chất cơ điện. Những khác biệt này được hình thành bởi một loạt các yêu cầu kỹ thuật đặc biệt do ngành công nghiệp điện tử đưa ra cho gốm điện tử, trong đó quan trọng nhất là phải có độ bền cơ học cao, chịu nhiệt độ và độ ẩm cao, kháng bức xạ, và một loạt các hằng số điện môi. Giá trị tiếp tuyến tổn thất điện môi nhỏ, và hệ số nhiệt độ điện dung có thể được điều chỉnh (hoặc tỷ lệ thay đổi điện dung có thể được điều chỉnh). Độ bền điện cao và điện trở cách điện, và hiệu suất lão hóa tuyệt vời.
Gốm sứ điện tử có thể được chia thành năm loại theo chức năng và sử dụng của họ: gốm sứ cách điện, tụ điện gốm sứ, gốm sứ sắt điện, gốm bán dẫn và gốm ion.
Gốm sứ thiết bị cách nhiệt
Gọi tắt là thiết bị sứ, nó có đặc tính cách điện tuyệt vời và được sử dụng làm gốm điện tử cho các bộ phận kết cấu, chất nền và vỏ trong thiết bị và thiết bị điện tử. Thiết bị cách điện bằng sứ bao gồm các chất cách điện khác nhau, khung cuộn, người giữ ống, công tắc băng tần, giá đỡ tụ điện, chất nền mạch tích hợp và vỏ bao bì. Yêu cầu cơ bản đối với loại sứ này là hằng số điện môi ε thấp, tổn thất điện môi nhỏ tanδ, điện trở cách điện cao ρ, cường độ phân hủy cao E, và đặc tính nhiệt độ điện môi tốt và đặc tính tần số. thêm vao Đoa, độ bền cơ học cao hơn và ổn định hóa học cũng được yêu cầu.
Trong số các loại gốm, sứ talc và sứ alumina được sử dụng rộng rãi nhất. Thành phần pha tinh thể chính của chúng lần lượt là và. Sứ Talc có khả năng cách điện tuyệt vời và chi phí thấp, và là sứ thiết bị tần số cao điển hình được sử dụng trong dải tần số vô tuyến. Sứ Alumina là một loại cao tần, nhiệt độ cao và sứ thiết bị cường độ cao với cách điện tốt hơn. Tính chất điện và vật lý của nó tăng lên cùng với sự gia tăng hàm lượng nhôm oxit. Thường được sử dụng là sứ cao nhôm có chứa 75%, 95%, và 99% Bộ phận gốm quang điện Zirconia có độ chính xác cao. Trong một số mạch tích hợp đòi hỏi cao, thậm chí cả sứ corundum nguyên chất với hàm lượng oxit nhôm 99.9% Được sử dụng, có tính chất tương tự như tinh thể đơn sapphire. Nhược điểm của sứ cao nhôm, đặc biệt là sứ corundum nguyên chất, đang gặp khó khăn trong sản xuất, nhiệt độ nung cao và giá cao.
Ngoài ra còn có một loại sứ dẫn nhiệt cao được đại diện bởi oxit berili (BeO) trong thiết bị sứ. Độ dẫn nhiệt ở nhiệt độ phòng của sứ oxit berili chứa BeO95% giống như của kim loại. Beryllium oxide cũng có tính chất điện môi tốt, chịu nhiệt độ và độ bền cơ học cao. Nhược điểm là nguyên liệu BeO rất độc, và vật liệu gốm có nhiệt độ nung cao, giới hạn ứng dụng của nó. Nitơ boron (BN) sứ và nhôm nitride (AlN) sứ cũng là sứ dẫn nhiệt cao. Mặc dù độ dẫn nhiệt của chúng không tốt bằng sứ oxit berili, chúng không độc hại, khả năng xử lý và tính chất điện môi là tốt, và có thể được sử dụng cho các bóng bán dẫn tần số cao và công suất cao. Được sử dụng để tản nhiệt và cách nhiệt trong các mạch tích hợp quy mô lớn.
Phát triển một loại gốm ép nóng với SiC làm vật liệu cơ bản và pha tạp một lượng nhỏ BeO và các tạp chất khác. Loại gốm này có đặc tính cách nhiệt tuyệt vời, và độ dẫn nhiệt của nó cao hơn sứ oxit berili với độ tinh khiết là 99%. Hệ số giãn nở nhiệt của nó gần bằng hệ số giãn nở nhiệt của các tinh thể đơn silicon trong phạm vi nhiệt độ rộng, và dự kiến sẽ được sử dụng trong các mạch tích hợp quy mô lớn với công suất tiêu tán lớn.
sứ fenspat kiềm thấp, được sử dụng làm ma trận của điện trở màng carbon và màng kim loại, cũng là một thiết bị sứ quan trọng và rẻ tiền, nhưng tổn thất điện môi của nó lớn và không phù hợp để sử dụng ở tần số cao.
Tụ gốm
Gốm điện tử được sử dụng làm điện môi tụ điện. Đây là loại gốm sứ có mức tiêu thụ lớn nhất và đa dạng về quy cách nhất. Những cái chính là gốm tụ điện tần số cao và tần số thấp và gốm tụ điện bán dẫn.
Tụ sứ cao tần thuộc sứ tụ điện loại I, chủ yếu được sử dụng để sản xuất tụ gốm có độ ổn định cao và tụ bù nhiệt độ trong các mạch tần số cao. Các thành phần chính của loại gốm này chủ yếu là titanat kim loại kiềm hoặc đất hiếm và các dung dịch rắn dựa trên titanate (Bàn 1).
Gốm sứ điện tử
Việc lựa chọn các thành phần gốm khác nhau có thể thu được gốm tụ điện tần số cao với các hằng số điện môi khác nhau, tiếp tuyến tổn thất điện môi tanδ và hệ số nhiệt độ điện môi αε để đáp ứng nhu cầu bù nhiệt độ khác nhau. Sứ bari tetratitanate trong bảng không chỉ là chất điện môi của tụ điện có độ ổn định nhiệt cao, mà còn là vật liệu điện môi vi sóng tuyệt vời.
Sứ tụ điện tần số thấp thuộc lớp Ⅱ sứ tụ điện, chủ yếu được sử dụng để sản xuất tụ gốm để bỏ qua, Chặn và lọc DC trong các mạch tần số thấp. Các tính năng chính là hằng số điện môi cao ε, tổn thất lớn tiếp tuyến, và tốc độ thay đổi lớn của tanδ và ε theo nhiệt độ. Loại gốm sứ này được sử dụng rộng rãi nhất là bari titanat sắt điện. (BaTiO3) như thành phần chính, thu được bằng cách sửa đổi pha tạp với ε cao (lên đến 20000 ở nhiệt độ phong) và tốc độ thay đổi nhiệt độ ε thấp. Gốm tụ điện nguyên khối tần số thấp thiêu kết ở nhiệt độ thấp chủ yếu bao gồm chì sắt điện magie niobat thay đổi pha nhẹ nhàng (PbMg1/3Nb2/3O3) cũng là gốm tụ điện tần số thấp quan trọng.
Tụ gốm bán dẫn Lớp cách điện hình thành trên bề mặt bên ngoài của gốm bán dẫn hoặc bề mặt bên trong (ranh giới hạt) giữa các hạt tinh thể là gốm điện tử là điện môi của tụ điện. Trong số đó, Tụ điện lớp ranh giới được tạo ra bằng cách sử dụng các đặc tính điện môi của lớp ranh giới hạt gốm là một loại tụ điện mới có hiệu suất cao và độ tin cậy cao, có tổn thất điện môi nhỏ, điện trở cách điện cao và điện áp làm việc cao. Hằng số điện môi biểu kiến của loại gốm này cực kỳ cao (lên đến 105), tổn thất điện môi thấp (Bộ phận gốm quang điện Zirconia có độ chính xác cao 1%), điện trở suất cao (cao hơn 1011 om·cm), và tần số phân tán điện môi cao (bên trên 1 GHz) ), chống ẩm tốt, là một hiệu suất cao, môi trường tụ điện có độ ổn định cao. Gốm sắt điện Gốm điện tử với tinh thể sắt điện là pha tinh thể chính. Có không dưới một nghìn loại tinh thể sắt điện đã được phát hiện, nhưng là pha tinh thể chính của gốm sắt điện, chủ yếu có các tinh thể sắt điện loại perovskite hoặc bán perovskite hoặc dung dịch rắn. Trong một khoảng nhiệt độ nhất định, có sự phân cực tự phát trong tinh thể có thể thay đổi hướng của nó với điện trường ứng dụng. Đây là sắt điện của tinh thể. Khi nhiệt độ vượt quá một giá trị tới hạn nhất định ─ ─ Nhiệt độ Curie TC, cường độ phân cực của nó giảm xuống bằng không, tinh thể mất tính sắt điện, và trở thành tinh thể thuận điện bình thường; đồng thời, tinh thể trải qua pha sắt điện sang pha thuận điện Sự thay đổi pha. Cường độ phân cực của sắt điện cũng thay đổi mạnh theo điện trường.
Gốm sứ điện tử
Một đặc điểm vi mô quan trọng của sắt điện là cấu trúc miền điện, đó là, sắt điện có nhiều vùng nhỏ tự phân cực đến bão hòa theo một hướng cụ thể ─ ─ miền điện. Các miền này với các hướng khác nhau được ngăn cách bởi các bức tường miền. Dưới tác dụng của điện trường ngoài tương đối mạnh, tinh thể đa miền này có thể bị buộc phải định hướng bởi điện trường và trở thành đơn miền. Đây là loại quá trình động trong đó các miền điện đảo ngược hướng của chúng với một điện trường bên ngoài, bao gồm cả sự chuyển động của các bức tường miền và quá trình tạo mầm và phát triển của các miền mới.
gốm sứ điện
Đa chức năng và linh hoạt. Sử dụng các đặc tính áp điện của nó có thể được chế tạo thành các thiết bị áp điện, đó là ứng dụng chính của gốm sắt điện, nên gốm sắt điện thường được gọi là gốm áp điện. Sử dụng các đặc tính nhiệt điện của gốm sắt điện (hiện tượng giải phóng điện tích trên bề mặt vật sắt điện do sự thay đổi cường độ phân cực khi nhiệt độ thay đổi) có thể được chế tạo thành máy dò hồng ngoại, có thể được sử dụng trong đo nhiệt độ, kiểm soát nhiệt độ, viễn thám, và Sinh học, y học và các lĩnh vực khác có giá trị ứng dụng quan trọng. Gốm nhiệt điện điển hình bao gồm titanate chì (PbTiO3) mài chính xác. Sử dụng hiệu ứng quang điện mạnh mẽ của PLZT gốm sắt điện trong suốt (chì zirconate titanate pha tạp lanthanum) (các tính chất quang học của gốm sắt điện trong suốt được thay đổi bằng cách kiểm soát trạng thái miền của gốm sắt điện trong suốt bằng điện trường bên ngoài, do đó thể hiện tính lưỡng chiết được điều khiển bằng điện tử và ánh sáng được điều khiển bằng điện tử.) có thể được chế tạo thành các thiết bị mới như bộ điều biến laser, màn hình quang điện, lưu trữ thông tin quang học, công tắc quang, cảm biến quang điện, lưu trữ và hiển thị hình ảnh, và kính bảo vệ tia laser hoặc bức xạ hạt nhân.
Gốm bán dẫn
Gốm điện tử có các hạt tinh thể bán dẫn và cách điện (hoặc bán dẫn) ranh giới hạt thông qua các biện pháp bán dẫn, qua đó thể hiện các rào cản giao diện mạnh mẽ và các đặc tính bán dẫn khác.
Có hai phương pháp bán dẫn gốm chính: phương pháp khử cưỡng bức và phương pháp doping nhà tài trợ (còn được gọi là phương pháp kiểm soát hóa trị nguyên tử). Cả hai phương pháp đều tạo ra các khuyết tật như chỗ khuyết ion trong tinh thể gốm., do đó cung cấp một số lượng lớn các điện tử dẫn điện, để các hạt tinh thể trong gốm sứ trở thành một loại nhất định (thường loại N) chất bán dẫn. Xen kẽ giữa các hạt tinh thể này là một lớp cách điện hoặc một loại khác (loại P) lớp bán dẫn.
Có nhiều loại gốm bán dẫn, bao gồm các điện trở nhiệt có hệ số nhiệt độ âm khác nhau được làm từ bản chất của các hạt tinh thể trong gốm bán dẫn; tụ điện bán dẫn làm bằng tính chất ranh giới hạt, biến trở ZnO, và điện trở nhiệt hệ số nhiệt độ dương dòng BaTiO3 Điện trở, pin mặt trời CdS/Cu2S; và các điện trở nhạy cảm với độ ẩm bằng gốm và điện trở nhạy cảm với khí khác nhau được làm bằng các đặc tính bề mặt. Bàn 2 liệt kê gốm bán dẫn điển hình cho cảm biến.
Gốm quang điện CdS/Cu2S khác với gốm bán dẫn được liệt kê trong bảng trên sử dụng các đặc tính của lớp ranh giới hạt cách điện. Nó sử dụng hiệu ứng quang điện của dị thể PN giữa CdS loại N và lớp ranh giới hạt Cu2S loại P. Pin mặt trời gốm làm bằng nó có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng cho các trạm không giám sát và làm thiết bị ghép quang điện trong các dụng cụ điện tử.
gốm ion
Gốm điện tử có độ dẫn ion nhanh. Nó có đặc điểm cung cấp nhanh các ion dương. Đại diện tiêu biểu là sứ β-Al2O3. Độ dẫn ion của loại gốm này có thể đạt tới 0.1/(om·cm) ở 300℃, có thể được sử dụng để tạo ra pin rắn kinh tế hơn với tỷ lệ năng lượng cao, và cũng có thể tạo ra các tụ điện xả chậm với mật độ lưu trữ năng lượng cao. Là vật liệu giúp giải bài toán năng lượng.
Bởi FUBOON Đội ngũ kỹ sư tiên tiến.
