Substratos de alumina para embalagens eletrônicas

Com o rápido desenvolvimento das comunicações móveis de quinta geração (5G), da Internet das Coisas e da eletrónica de potência, os componentes eletrónicos estão a evoluir para a miniaturização, alta integração e alta frequência e velocidade. Isso impõe maiores demandas em gerenciamento térmico, confiabilidade de isolamento e integridade de sinal em materiais de embalagem de circuitos. A cerâmica de alumina, com sua alta resistência mecânica, excelentes propriedades de isolamento, boa condutividade térmica (aproximadamente 20-30 W/(m·K)), baixa perda dielétrica e excepcional resistência ao choque térmico e estabilidade química, tornou-se um material fundamental insubstituível e fundamental em embalagens eletrônicas. Juntamente com a sua ampla disponibilidade de matérias-primas, custo relativamente baixo e processos de fabricação maduros,substratos cerâmicos de aluminadesempenham um papel vital em uma ampla gama de aplicações, incluindo aeroespacial, veículos de novas energias, controle industrial e eletrônicos de consumo.

Alumina (Al₂O₃) existe em várias formas isomorfas, incluindo α-Al₂O₃, β-Al₂O₃ e γ-Al₂O₃. α-Al₂O₃ (estrutura corindo) é o mais estável. Seu sistema cristalino pertence ao sistema trigonal, com íons de oxigênio em um padrão hexagonal compacto e íons de alumínio preenchendo dois terços dos vazios octaédricos, formando uma estrutura densa e estável com alta resistência de ligação. Esta estrutura confere ao α-Al₂O₃ alta dureza (dureza Mohs 9), alto ponto de fusão (aproximadamente 2050°C), excelente inércia química e propriedades dielétricas, tornando-o uma escolha preferida para a fabricação de substratos cerâmicos de alto desempenho.

Com base na pureza da alumina, as cerâmicas comuns são classificadas em: porcelana corindo (Al₂O₃ ≥ 99%), 99% porcelana, 95% porcelana e 90% porcelana. A porcelana com alto teor de alumina é geralmente definida como contendo mais de 85% de Al₂O₃. À medida que a pureza do Al₂O₃ aumenta, as propriedades mecânicas, térmicas e elétricas da cerâmica melhoram significativamente. Por exemplo, as propriedades típicas de cerâmica com 99,5% de alumina incluem uma densidade aparente de aproximadamente 3,95 g/cm³, uma resistência à flexão de 395 MPa, um coeficiente de expansão linear (25-800°C) de 8,1 × 10⁻⁶/°C, uma condutividade térmica de 32 W/(m·K), uma rigidez dielétrica de 18 kV/mm e uma resistividade de volume (em 25°C) superior a 10¹⁴ Ω·cm. Essas propriedades os tornam ideais para aplicações de embalagens eletrônicas que exigem alta potência, alto isolamento e altas temperaturas.

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