Sustratos de alúmina para envases electrónicos

Con el rápido desarrollo de las comunicaciones móviles de quinta generación (5G), el Internet de las cosas y la electrónica de potencia, los componentes electrónicos están evolucionando hacia la miniaturización, la alta integración y la alta frecuencia y velocidad. Esto impone mayores exigencias en cuanto a gestión térmica, confiabilidad del aislamiento e integridad de la señal en los materiales de empaque de circuitos. Las cerámicas de alúmina, con su alta resistencia mecánica, excelentes propiedades de aislamiento, buena conductividad térmica (aproximadamente 20-30 W/(m·K)), baja pérdida dieléctrica y excepcional resistencia al choque térmico y estabilidad química, se han convertido en un material fundamental e irreemplazable en los envases electrónicos. Junto con su amplia disponibilidad de materias primas, costos relativamente bajos y procesos de fabricación maduros,sustratos cerámicos de alúminadesempeñan un papel vital en una amplia gama de aplicaciones, incluidas la aeroespacial, los vehículos de nueva energía, el control industrial y la electrónica de consumo.

La alúmina (Al₂O₃) existe en varias formas isomorfas, incluidas α-Al₂O₃, β-Al₂O₃ y γ-Al₂O₃. α-Al₂O₃ (estructura de corindón) es el más estable. Su sistema cristalino pertenece al sistema trigonal, con iones de oxígeno en un patrón hexagonal compacto e iones de aluminio que llenan dos tercios de los huecos octaédricos, formando una estructura densa y estable con una alta fuerza de unión. Esta estructura dota al α-Al₂O₃ de alta dureza (dureza de Mohs 9), un alto punto de fusión (aproximadamente 2050 °C), excelente inercia química y propiedades dieléctricas, lo que lo convierte en la opción preferida para fabricar sustratos cerámicos de alto rendimiento.

Según la pureza de la alúmina, las cerámicas comunes se clasifican en: porcelana de corindón (Al₂O₃ ≥ 99%), 99% porcelana, 95% porcelana y 90% porcelana. La porcelana con alto contenido de alúmina generalmente se define como aquella que contiene más del 85 % de Al₂O₃. A medida que aumenta la pureza del Al₂O₃, las propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas de la cerámica mejoran significativamente. Por ejemplo, las propiedades típicas de las cerámicas de alúmina al 99,5% incluyen una densidad aparente de aproximadamente 3,95 g/cm³, una resistencia a la flexión de 395 MPa, un coeficiente de expansión lineal (25-800°C) de 8,1 × 10⁻⁶/°C, una conductividad térmica de 32 W/(m·K), una rigidez dieléctrica de 18 kV/mm y una resistividad volumétrica (a 25°C) superior a 10¹⁴ Ω·cm. Estas propiedades los hacen ideales para aplicaciones de embalaje electrónico que requieren alta potencia, alto aislamiento y altas temperaturas.

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