Historia sukcesu klienta
Wysoka wydajność dzięki precyzji:Zapewnienie jakości w produkcji ceramiki technicznej
Historia sukcesu klienta opracowana przez zespół laboratorium w Dziale Innowacji i Technologii Grupy CeramTec
Ceramika techniczna oferuje wiele korzyści. Aby mogły być niezawodnie stosowane, jakość materiałów musi być testowana. CeramTec od wielu lat polega na doświadczeniu NETZSCHw tym zakresie - czy to w projektach rozwojowych, w procesie produkcyjnym, czy w produkcji seryjnej, analizatory NETZSCH są w ciągłym użyciu.
Różnice w wysokowydajnych materiałach ceramicznych
Termin "zaawansowana ceramika" obejmuje szeroką gamę różnych, czasem wysoce wyspecjalizowanych materiałów ceramicznych o unikalnych właściwościach mechanicznych, termicznych, biochemicznych i elektrycznych - oraz ich kombinacjach. Można rozróżnić trzy grupy materiałów large: Ceramikę krzemianową, ceramikę tlenkową i ceramikę nietlenkową. Ceramika krzemianowa składa się głównie z naturalnie występujących surowców w połączeniu z tlenkiem glinu. Ceramika tlenkowa obejmuje materiały oparte na tlenkach metali. Ceramika nietlenkowa odnosi się do grupy materiałów ceramicznych opartych na związkach węgla, azotu i krzemu. Grupa, do której należy materiał selected zależy od konkretnego zastosowania i wynikających z niego wymagań dla materiału.
Podłoża ceramiczne: Kluczowe komponenty dla zastosowań elektronicznych
Podłoże jest podstawowym materiałem nośnika obwodu, dla którego dostępne są różne materiały. Ze względu na swoje właściwości elektryczne, termiczne, mechaniczne, izolacyjne i chemiczne, podłoża wykonane z wysokowydajnej ceramiki są wykorzystywane w wielu branżach i obszarach zastosowań - na przykład w elektryfikacji pojazdów, e-mobilności, przemyśle i wytwarzaniu energii. CeramTec to europejski punkt kompleksowej obsługi wszystkich popularnych podłoży ceramicznych: tlenku glinu, azotku glinu, tlenku glinu wzmocnionego tlenkiem cyrkonu, tlenku cyrkonu, a od 2024 r. także azotku krzemu. Każde podłoże ma inne właściwości (patrz rysunek 1). Na przykład azotek glinu ma szczególnie wysoką przewodność cieplną wynoszącą 170 W/(m-K), co wpływa na właściwości mechaniczne i elektryczne podłoża ceramicznego. Wysoka Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna oznacza na przykład, że ciepło generowane przez prąd bierny w elektronice mocy jest zmniejszone, a rozpraszanie ciepła jest jednorodne i stale zmniejszane. Są to właściwości szczególnie pożądane w elektronice o wysokiej wydajności, np. w przemyśle półprzewodnikowym, gdzie celem jest generowanie maksymalnej mocy w minimalnej przestrzeni. Generowane ciepło musi być szybko i niezawodnie odprowadzane. CeramTec produkuje i przetwarza podłoża ceramiczne przy użyciu różnych metod w zależności od zastosowania, materiału, geometrii i ilości - są one tłoczone, laserowane lub prasowane na sucho.
Tworzenie innowacji, kontrola jakości
Dział Innowacji i Technologii CeramTec stale badaarci opracowuje materiały i procesy produkcyjne dla nowych produktów. Dział Zastosowań Taśm i Podłoży koncentruje się na rozwoju nowych podłoży ceramicznych i ich optymalizacji. Jeden udany przykład: Nowy AIN HP (Aluminum Nitride High Performance) oferuje znacznie wyższą wytrzymałość na zginanie niż inne materiały podłoża, zachowując jednocześnie swoje właściwości termiczne. Jest on szczególnie odpowiedni do ciągłego obciążania modułów mocy i jest stosowany w wytwarzaniu i dystrybucji energii, elektryfikacji pojazdów i konwerterach mocy w budowie pojazdów szynowych. Ciągłe testowanie w laboratorium jest istotną częścią badań zespołuarch i prac rozwojowych. Najpierw charakteryzowane są surowce i wytwarzane z nich masy ceramiczne. Po procesie formowania określane są parametry termiczne zielonych taśm. Następnie wykonywane są pomiary na spiekanym podłożu. W zależności od pomiaru mogą być one złożone i trwać do 36 godzin.
Pomiary nie są jednak przeprowadzane tylko dla projektów rozwojowych; w kontroli jakości są one również częścią procesu produkcyjnego lub zwolnienia serii. Na przykład, podłoża są testowane pod kątem ich przewodności cieplnej lub wytrzymałości dielektrycznej: Mierzone próbki muszą odpowiadać typowym standardowym wartościom dla danego materiału. Dzieje się tak, ponieważ jedna rzecz jest bardzo ważna dla CeramTec: Aby klienci mogli polegać na swoich produktach o uzgodnionych właściwościach materiałowych.
Wgląd w laboratorium: Analiza termiczna AIN
Jeśli chodzi o pomiary właściwości termicznych, zespół polega na specjalistycznej wiedzy NETZSCH. Konsekwentnie pozytywne doświadczenia, bliskość lokalizacji i doskonała obsługa doprowadziły do korzystania z coraz większej liczby technologii pomiarowych NETZSCH. Przegląd technologii wykorzystywanych do analizy termicznej przedstawiono na rysunku 4.
Jak już wspomniano, Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna ma wpływ na właściwości mechaniczne i elektryczne podłoża ceramicznego. Aby to zbadać, najpierw testowana jest dyfuzyjność cieplna. Wskazuje ona, jak szybko materiał reaguje na zmianę temperatury i jest właściwością zależną od materiału. CeramTec bada dyfuzyjność cieplną podłoży ceramicznych, takich jak AIN, w laboratorium przy użyciu urządzenia NETZSCH LFA 447Nanoflash. W tym celu zespół laboratoryjny przygotowuje próbkę do formatu określonego dla urządzenia testowego i pokrywa ją grafitem. Przewodność można następnie zmierzyć w zakresie temperatur od 20°C do 300°C.
Rysunki 5a i 5b przedstawiają porównanie wzrostu ciepła w czasie po przyłożeniu energii do ceramiki tlenkowej (rys. 5a) i ceramiki azotkowej (rys. 5b): Wzrost ciepła jest wyższy w przypadku ceramiki azotkowej. Przewodność cieplną można następnie obliczyć na podstawie zmierzonej dyfuzyjności cieplnej, a także pojemności cieplnej właściwej i gęstości materiału:
W przypadku ceramiki z azotku glinu skutkuje to przewodnością cieplną do ponad 170 W/(m-K), w zależności od rodzaju materiału. W zależności od zastosowania, ceramika wymaga niskiej lub wysokiej przewodności cieplnej. Szczególnie w przypadku półprzewodników mocy, które generują wysokie temperatury, ciepło musi być odprowadzane szybko i niezawodnie.
Analiza termiczna obejmuje również uwzględnienie współczynnika rozszerzalności cieplnej (CTE). Rozszerzalność cieplna wskazuje, jak wymiary geometryczne ciała zmieniają się wraz z temperaturą. Wiedza ta jest ważna na przykład przy obliczaniu niedopasowania termicznego w kombinacjach materiałów. Precyzyjnie określony współczynnik rozszerzalności cieplnej jest również ważny dla metalizacji i pakowania, na przykład w celu poznania tolerancji zewnętrznych wymiarów podłoża. CeramTec określa współczynnik rozszerzalności cieplnej materiałów spiekanych w laboratorium za pomocą dylatometrów NETZSCH DIL 402 E i DIL 402 Expedis dylatometrów. Rozszerzalność cieplna korpusu ceramicznego może być badana w zakresie temperatur do 2000°C. Ponadto dylatometry oferują możliwość przeprowadzania pomiarów w różnych atmosferach - takich jak powietrze, azot lub argon - poprzez kontrolę gazu. Jest to ważne, aby na przykład móc przeprowadzać pomiary w zakresie wysokich temperatur. Oprogramowanie analityczne Proteus® zapewnia wsparcie w ocenie krzywej pomiarowej i określaniu rozszerzalności cieplnej w różnych segmentach temperatury.
Pomiar termograwimetryczny jest również częścią analizy termicznej. Stosuje się go głównie do badania reakcji egzotermicznych i endotermicznych, a także zmian masy surowców (proszków, spoiw i materiałów organicznych) w powietrzu oraz zielonych taśm w powietrzu lub azocie. Do tych pomiarów CeramTec wykorzystuje różne systemy NETZSCH STA.
Pojemność cieplna opisuje, w jaki sposób mierzona temperatura ciała zmienia się w stosunku do ilości dodanego do niego ciepła. CeramTec określa ją dla materiałów spiekanych za pomocą NETZSCH DSC 300 Caliris®.
Innym zadaniem laboratoryjnym związanym z parametrami termicznymi jest prześledzenie procesu produkcji, ponieważ krzywa temperatury opisuje temperaturę pieca, a tym samym temperaturę procesu spiekania. Na przykład dylatometr może być użyty do określenia etapów spiekania.
Gotowy na najwyższą wydajność
Do czasu, gdy podłoże opuści produkcję w CeramTec, zostanie ono dokładnie przetestowane: jest gotowe do użycia w zaawansowanych technologicznie zastosowaniach elektrycznych i do wykorzystania jego specyficznych zalet materiałowych. Analizy laboratoryjne są niezbędne nie tylko do kontroli jakości, ale także do rozwoju nowych innowacyjnych produktów. NETZSCH jest ważnym partnerem CeramTec w tym zakresie.
Drogi zespole Ceramtec Lab - bardzo dziękujemy za interesujący wgląd w badaniaarch pracy. Cieszymy się, że w przyszłości będziemy mogli wnieść wkład w postaci naszych urządzeń analitycznych.