История успеха клиента
Высокая производительность через точность:Обеспечение качества при производстве технической керамики
История успеха клиента от команды лаборатории отдела инноваций и технологий CeramTec Group
Техническая керамика обладает множеством преимуществ. Для их надежного использования необходимо проверять качество материалов. Компания CeramTec уже много лет полагается на опыт NETZSCHв этой области - будь то в проектах разработки, в процессе производства или в серийном производстве, анализаторы NETZSCH используются постоянно.
Различия в высокоэффективной керамике
Термин "современная керамика" охватывает широкий спектр различных, иногда узкоспециализированных керамических материалов с уникальными механическими, термическими, биохимическими и электрическими свойствами, а также их комбинациями. Можно выделить три группы материалов large: Силикатная керамика, оксидная керамика и неоксидная керамика. Силикатная керамика состоит в основном из сырья природного происхождения в сочетании с оксидом алюминия. К оксидной керамике относятся материалы на основе оксидов металлов. Неоксидная керамика относится к группе керамических материалов на основе соединений углерода, азота и кремния. selectОтнесение материала к той или иной группе зависит от конкретной области применения и требований, предъявляемых к материалу.
Керамические подложки: Ключевые компоненты для электронных приложений
Подложка - это основной материал носителя схемы, для изготовления которого используются различные материалы. Благодаря своим электрическим, тепловым, механическим, изоляционным и химическим свойствам подложки из высокоэффективной керамики используются во многих отраслях промышленности и сферах применения - например, в электрификации транспортных средств, электронной мобильности, промышленности и энергетике. CeramTec - это европейский универсальный магазин для всех распространенных керамических подложек: оксида алюминия, нитрида алюминия, оксида алюминия, армированного оксидом циркония, оксида циркония, а с 2024 года также нитрида кремния. Каждая подложка обладает различными свойствами (см. рис. 1). Нитрид алюминия, например, обладает особенно высокой теплопроводностью - 170 Вт/(м-К), что влияет на механические и электрические свойства керамической подложки. Высокая теплопроводность означает, например, что тепло, выделяемое реактивным током в силовой электронике, снижается, а теплоотдача равномерно и постоянно уменьшается. Эти свойства особенно востребованы в высокопроизводительной электронике, например, в полупроводниковой промышленности, где целью является выработка максимальной мощности на минимальной площади. При этом выделяемое тепло должно быстро и надежно отводиться. CeramTec производит и обрабатывает керамические подложки различными методами в зависимости от области применения, материала, геометрии и количества - штамповкой, лазером или сухим прессованием.
Создание инноваций, контроль качества
Отдел инноваций и технологий CeramTec постоянно исследуетarcи разрабатывает материалы и производственные процессы для новых продуктов. Отдел применения лент и подложек занимается разработкой новых керамических подложек и их оптимизацией. Один из успешных примеров: Новая подложка AIN HP (Aluminum Nitride High Performance) обеспечивает значительно более высокую прочность на изгиб по сравнению с другими материалами подложки, сохраняя при этом свои тепловые свойства. Он особенно подходит для непрерывной нагрузки в силовых модулях и используется в производстве и распределении электроэнергии, электрификации транспортных средств и силовых преобразователях в железнодорожном транспорте. Непрерывное тестирование в лаборатории является неотъемлемой частью работы команды по исследованиюarch и разработке. Сначала характеризуются исходные материалы и изготовленные из них керамические массы. После процесса формования определяются тепловые параметры зеленых лент. Затем проводятся измерения на спеченной подложке. В зависимости от вида измерений, они могут быть сложными и занимать до 36 часов.
Измерения проводятся не только для проектов разработки; при контроле качества они также являются частью производственного процесса или выпуска серии. Например, подложки проверяются на теплопроводность или диэлектрическую прочность: Измеренные образцы должны соответствовать типичным стандартным значениям для данного материала. Это связано с тем, что для CeramTec очень важно одно: Чтобы клиенты могли рассчитывать на то, что их продукт будет обладать согласованными свойствами материала.
Загляните в лабораторию: Термический анализ AIN
Когда дело доходит до измерения тепловых свойств, команда полагается на опыт NETZSCH. Постоянный положительный опыт, близость расположения и отличный сервис привели к использованию все большего количества измерительных технологий NETZSCH. Обзор технологий, используемых для термического анализа, представлен на рисунке 4.
Как уже упоминалось, теплопроводность влияет на механические и электрические свойства керамической подложки. Чтобы исследовать это, сначала проверяется теплопроводность. Она показывает, насколько быстро материал реагирует на изменение температуры, и является свойством, зависящим от материала. CeramTec тестирует температуропроводность керамических подложек, таких как AIN, в лаборатории с помощью прибора NETZSCH LFA 447Nanoflash. Для этого команда лаборатории подготавливает образец для испытаний в формате, указанном для испытательного устройства, и покрывает его графитом. Затем можно измерить проводимость в диапазоне температур от 20°C до 300°C.
На рисунках 5a и 5b показано сравнение увеличения тепла с течением времени после приложения энергии к оксидной керамике (рис. 5a) и нитридной керамике (рис. 5b): Прирост тепла выше для нитридной керамики. Теплопроводность может быть рассчитана на основе измеренной теплопроводности, а также удельной теплоемкости и плотности материала:
Для керамики из нитрида алюминия это приводит к теплопроводности более 170 Вт/(м-К), в зависимости от типа материала. В зависимости от области применения керамики требуется либо низкая, либо высокая теплопроводность. Особенно в случае силовых полупроводников, которые генерируют высокие температуры, тепло должно отводиться быстро и надежно.
Термический анализ также включает в себя рассмотрение коэффициента теплового расширения (CTE). Тепловое расширение показывает, как изменяются геометрические размеры тела при изменении температуры. Эти знания важны, например, для расчета теплового несоответствия в комбинациях материалов. Точно определенный CTE также важен для металлизации и упаковки, например, чтобы знать допуски на внешние размеры подложки. CeramTec определяет коэффициент теплового расширения спеченных материалов в лаборатории с помощью дилатометров NETZSCH DIL 402 E и DIL 402 Expedis дилатометров. Тепловое расширение керамического тела может быть исследовано в диапазоне температур до 2000°C. Кроме того, дилатометры позволяют проводить измерения в различных атмосферах, таких как воздух, азот или аргон, с помощью газового контроля. Это важно, например, для проведения измерений в высокотемпературном диапазоне. Аналитическое программное обеспечение Proteus® помогает оценить кривую измерения и определить тепловое расширение в различных температурных сегментах.
Термогравиметрические измерения также являются частью термического анализа. Оно применяется в основном для исследования экзотермических и эндотермических реакций, а также изменения веса сырья (порошков, связующих и органических материалов) на воздухе и зеленых лент на воздухе или в азоте. Для этих измерений CeramTec использует различные системы NETZSCH STA.
Теплоемкость описывает, как изменяется измеренная температура тела в зависимости от количества подведенного к нему тепла. CeramTec определяет этот показатель для спеченных материалов с помощью NETZSCH DSC 300 Caliris®.
Еще одна лабораторная задача, связанная с тепловыми параметрами, - это перебор производственного процесса, поскольку температурная кривая описывает температуру печи и, следовательно, процесс спекания. Например, для определения этапов спекания можно использовать дилатометр.
Готовность к максимальной производительности
К тому времени, когда подложка покидает производство CeramTec, она проходит всесторонние испытания: она готова к использованию в высокотехнологичных электротехнических приложениях и к использованию специфических преимуществ материала. Лабораторные анализы необходимы не только для контроля качества, но и для разработки новых инновационных продуктов. NETZSCH является важным партнером CeramTec в этом отношении.
Уважаемая команда лаборатории Ceramtec - Большое спасибо за интересные сведения о вашейarcработе. Мы будем рады и в будущем вносить свой вклад в эту работу с помощью наших аналитических приборов.