في مجال التغليف الإلكتروني، أصبحت الركائز الخزفية، بخصائصها الكهربائية والحرارية والميكانيكية الممتازة، موادًا أساسيةً تدعم التشغيل المستقر للأجهزة الإلكترونية. تتميز كل ركائز سيراميكية مصنوعة من مواد مختلفة بخصائص أداء فريدة، وتلعب دورًا هامًا في مختلف التطبيقات. اليوم، دعونا نلقي نظرة متعمقة على بعض الأنواع الشائعة من الركائز الخزفية ونقارن بين اختلافات أدائها.
ركيزة سيراميك الألومينا (ال₂O₃)
تُعد ركيزة سيراميك الألومينا من أكثر الركائز السيراميكية استخدامًا في الوقت الحالي. ووفقًا لاختلاف محتوى أكسيد الألومنيوم، فإن الركيزة الأكثر شيوعًا هي ركيزة سيراميك الألومينا بنسبة 96% وركيزة سيراميك الألومينا بنسبة 99%.
96%ركيزة سيراميك الألومينايتميز بصلابة وقوة ومقاومة عالية للتآكل. كما يتميز بتكلفة منخفضة نسبيًا وأداء معالجة ممتاز، ويمكن معالجته بالقطع والحفر وطرق أخرى. في التطبيقات ذات درجات الحرارة المنخفضة وقوة المجال الكهربائي المنخفضة، يتميز ثابت العزل الكهربائي وخسارته العازلة بأداء ممتاز، كما يتميز بأداء نقل إشارة جيد. ومع ذلك، فإن نقائه أقل نسبيًا من نقاء ركيزة أكسيد الألومنيوم بنسبة 99%، كما أن ثابت العزل الكهربائي وخسارته العازلة أعلى قليلاً. وهو عرضة للكسر الهش في البيئات ذات درجات الحرارة العالية.
تتميز ركيزة سيراميك الألومينا بنسبة 99% بنقاء كيميائي وكثافة وصلابة أعلى، وخصائص كهربائية ممتازة، وثابت عزل كهربائي مرتفع نسبيًا، وفقد عزل كهربائي منخفض. كما تتميز بثبات ممتاز في درجات الحرارة العالية، وتتحمل درجات حرارة تصل إلى 1700 درجة مئوية. كما تتميز بقوة ميكانيكية عالية ومقاومة عالية للتآكل. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تحضيرها في ركيزة سيراميك الألومينا الرقيقة نسبيًا، مما يجعلها مفيدة لتحضير الأجهزة الإلكترونية الدقيقة. مع ذلك، فإن تكلفتها مرتفعة نسبيًا، وصعوبة تصنيعها أكبر.
2. مجالات التطبيق
تُستخدم ركيزة سيراميك الألومينا بنسبة 96% بشكل شائع في مجالات المكونات الإلكترونية منخفضة الطاقة، وأجهزة الاستشعار، والمكثفات، والمرحلات المصغرة، ومكونات الموجات الدقيقة، وغيرها. في هذه الحالات التي تُعدّ فيها التكلفة عاملاً حساسًا ومتطلبات الأداء أقل صرامة نسبيًا، يُمكن لهذه الركيزة إظهار مزاياها على أكمل وجه. تُعدّ ركيزة سيراميك الألومينا بنسبة 99% أكثر ملاءمةً لمجالات مصابيح قاد عالية الطاقة، والدوائر المتكاملة عالية الجهد، وأجهزة الاستشعار عالية الحرارة، والمكونات الإلكترونية عالية التردد، وغيرها، حيث تُلبي المتطلبات الصارمة لهذه المجالات من حيث استقرار المواد في درجات الحرارة العالية، وخواصها الكهربائية، ومتانتها الميكانيكية.
زركونيا (أكسيد الزركونيوم ₂) الركيزة الخزفية
1. خصائص الأداء
تتميز طبقة سيراميك الزركونيا بقوة وصلابة عاليتين. تصل صلابتها عادةً إلى أكثر من إتش آر إيه 90، بل وحتى إتش آر إيه 95، أي أكثر من عشرة أضعاف صلابة الفولاذ. تصل قوتها إلى 900 ميجا باسكال في درجة حرارة الغرفة، وتحافظ على مستوى عالٍ نسبيًا في درجات الحرارة المرتفعة. كما تتميز بمقاومة جيدة للتآكل وسطح أملس.
يتميز سيراميك الزركونيا بخمول كيميائي قوي ومقاومته الممتازة للتآكل. فهو لا يتآكل بسهولة بالمواد الكيميائية مثل الأحماض والقلويات، ويمكنه العمل بثبات لفترة طويلة في البيئات القاسية. كما يتميز بأداء عزل ممتاز، مما يجعله مناسبًا لمواد العزل عالية الجهد. بالإضافة إلى ذلك، يتميز سيراميك الزركونيا بنقطة انصهار عالية للغاية وثبات في درجات الحرارة العالية، مما يجعله مناسبًا للاستخدام لفترات طويلة في البيئات ذات درجات الحرارة العالية.
2. مجالات التطبيق
يُستخدم على نطاق واسع في مجالات مثل التصنيع المتطور، والإلكترونيات، والفضاء، والأجهزة الطبية، والهندسة الكيميائية. في مجال الإلكترونيات، يُمكن استخدامه لتصنيع المستشعرات والمكثفات وغيرها. أما في مجال الأجهزة الطبية، فبفضل توافقه الحيوي الجيد، يُمكن استخدامه في تصنيع الغرسات مثل المفاصل الاصطناعية.
ركيزة سيراميك من كربيد السيليكون (كربيد السيليكون)
1. خصائص الأداء
تتميز ركيزة سيراميك كربيد السيليكون بصلابة عالية جدًا، أعلى بخمس مرات من صلابة الفولاذ وثلاث مرات من صلابة الألومنيوم. كما تتميز بقوة تحمل عالية، حيث تتجاوز قوة شدها 400 ميجا باسكال. يتميز كربيد السيليكون بمقاومة جيدة لدرجات الحرارة العالية، ونقطة انصهار عالية، وتحمل الصدمات الحرارية. تتراوح درجة حرارة تشغيله عمومًا بين 1200 و1600 درجة مئوية.
يتميز بمقاومة عالية للأكسدة، ومقاومة عالية للتآكل الناتج عن الأكسدة في درجات الحرارة العالية، ويمكن استخدامه بثبات في الهواء. يتميز كربيد السيليكون بمقاومة جيدة للتآكل، وصلابة عالية، ومعامل احتكاك منخفض. في الوقت نفسه، يتميز بموصلية حرارية ممتازة، تزيد عن الموصلية المعدنية بمرتين إلى ثلاث مرات، مما يُمكّن من تبديد الحرارة بفعالية، كما يتميز باستقرار كيميائي ممتاز.
2. مجالات التطبيق
يُستخدم على نطاق واسع في مجالات مثل أشباه الموصلات، والأقراص المغناطيسية، والفضاء الجوي. في مجال أشباه الموصلات، يُمكن استخدام ركائز سيراميك كربيد السيليكون لتصنيع أجهزة الطاقة. بالاستفادة من موصليتها الحرارية الجيدة ومقاومتها لدرجات الحرارة العالية، يُمكن تحسين أداء الأجهزة وموثوقيتها.
للركائز الخزفية المصنوعة من مواد مختلفة مزاياها وعيوبها من حيث الأداء. في التطبيقات العملية، من الضروري دراسة عوامل مثل التوصيل الحراري، والعزل، والقوة الميكانيكية، والتكلفة، وصعوبة المعالجة بدقة وفقًا للمتطلبات المحددة، واختيار المادة الأنسب للركيزة الخزفية. مع التطور المستمر للتكنولوجيا الإلكترونية، تتزايد متطلبات أداء الركائز الخزفية باستمرار. في المستقبل، ستواصل الركائز الخزفية المصنوعة من مواد مختلفة الابتكار في تحسين الأداء وضبط التكلفة.
