PCB'ler için Alümina Seramik Substrat Türleri

Alümina (alüminyum oksit olarak da bilinir), sıkıştırma ve sinterleme yöntemleriyle çeşitli şekillere getirilebilen gelişmiş bir refrakter malzemedir; bu özelliği sayesinde hem endüstriyel hem de tıbbi ekipmanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Seramik-metal geçiş elemanları, X-ışını bileşenleri ve elektrik izolatörleri, bu malzemenin üstün mekanik mukavemetinden, kimyasal ve aşınma direncinden, termal kararlılığından ve yüksek dielektrik özelliklerinden yararlanmaktadır. Hermetik özellikleri de bu malzemeleri iyi bir seçim haline getirmektedir.

94% Alümina

Alümina seramikleri, olağanüstü bir elektrik yalıtkanıdır ve en yaygın kullanılan gelişmiş seramik malzemelerden biridir; yüksek düzeyde elektrik yalıtımı sağlarken aşınma ve korozyona karşı da son derece dayanıklıdır. Bu özelliği sayesinde alümina seramik, pompalarda, otomotiv bileşenlerinde, tıbbi araştırma çalışmalarında, savunma uygulamalarında ve sır uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır (hatta %5%’ye kadar küçük oranlarda bile belirli dekoratif efektler için arzu edilen taşsı mat efektler kazandırabilir).

Tabular alümina, kalsine edilmiş alümina tozunun tabaka halinde sinterlenmesi yoluyla üretilir. Mükemmel termal kararlılık, mukavemet ve kimyasal direnç özellikleri sunar; çekme mukavemetinin %'sini kaybetmeden 1650 °C/3000 °F'ye kadar olan sıcaklıklara dayanabilir ve asitlere veya alkali çözeltilere karşı direnç gösterir.

Diğer gelişmiş seramikler, yüksek direncilik ve mukavemet gibi alümina ile benzer özelliklere sahip olmakla birlikte, ticari açıdan rekabet etmekte zorlanmaktadır. BeO zehirli ve pahalıdır; BN ise daha uygun maliyetli olmakla birlikte çok daha düşük ısı iletkenliğine sahiptir. Bununla birlikte, alümina işlenmesi ve kullanılması kolay olması gibi bir başka önemli avantaj sunmaktadır.

99% Alümina

99% alümina, mükemmel mekanik, termal ve elektriksel özelliklere sahiptir. 1600-1700 santigrat derece arasındaki sıcaklıklara dayanabilir; aynı zamanda güçlü asit ve alkali direncine sahiptir ve yüksek basınç koşullarında da iyi performans gösterir. Ayrıca, bu malzeme işlendiğinde veya karmaşık bileşenlere şekillendirildiğinde katı yüzey kalitesi ve düzlük gereksinimlerini karşılar; biyouyumluluk ve inertlik kriterleri sayesinde tıbbi uygulamalar için uygundur; buna ek olarak sertlik ve mukavemet özellikleri, kurşun geçirmez seramik uygulamaları için de son derece elverişlidir.

Alümina seramikleri, genellikle alümina lifleriyle üretilen lif takviyeli metal matris kompozitler olarak üretilir; bu kompozitler, sinterleme veya kalıp presleme yoluyla işlenerek mükemmel mekanik özelliklere sahip karmaşık bileşenler oluşturulabilir. Bu kompozitler, kesici aletler, ekstrüzyonlar ve nozullar gibi uygulamaların yanı sıra pistonlu motorlarda veya makinelerde bulunan sürtünme parçaları ve Olimpik buz pateni bıçaklarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Alümina seramikleri mükemmel dielektrik dayanımı ve ısıl iletkenlik sağlar; ancak kırılgan yapıları nedeniyle hasar görmemeleri için dikkatli bir şekilde kullanılmaları gerekir. Uygulamanız için bir alümina seramik malzemesi seçerken, güç gereksinimlerini, gerilim özelliklerini ve sıcaklık koşullarını göz önünde bulundurun; ardından bunları bütçenizle karşılaştırarak bu kriterleri en iyi şekilde karşılayan alümina seramiği seçin.

99% Al₂O₃

Alümina 96% (Al₂O₃), PCB uygulamaları için en yaygın olarak kullanılan seramik alt tabakalardan biridir ve olağanüstü ısı iletkenliği, mekanik mukavemet ve aşınma direncine sahiptir. Ayrıca, bu yoğun seramik düşük gözenekliliğe sahip olduğundan, hibrit PCB ve bileşen alt tabakaları gibi kalın film uygulamalarının yanı sıra doğrudan bakır püskürtme uygulamaları için de uygundur.

99% alümina substratları, şerit döküm veya kuru presleme yöntemleriyle üretilebilir; krom, titanyum ve sodyum gibi çeşitli katkı maddeleri bu süreçlerde en yaygın olarak kullanılanlar arasındadır. Bu katkı maddeleri seramiğin özelliklerini etkileyerek termal iletkenliği, mekanik mukavemeti, aşınma direncini ve asit ile alkali korozyon direncini artırır ve böylece daha yüksek performans sağlar.

Alümina seramikleri, araçlarda zırh olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Aramid veya Dyneema kumaşına tutturulduğunda, alümina seramikleri çelik zırhın sağladığı korumanın iki katını sağlarken, metal malzemelere kıyasla daha hafiftir, paslanma olasılığı daha düşüktür ve ısı yayılma hızları daha yüksektir. Ne yazık ki, kurşun geçirmez olmasa da alümina seramiklerin bazı sınırlamaları vardır; 0,38 mg/L'nin üzerindeki konsantrasyonlara maruz kalmaL'nin üzerindeki konsantrasyonlara maruz kalma, kobay farelerde pulmoner hava akışında daralmaya neden olmuş; bu da hava yollarının daralmasına yol açarak vücutlarındaki hava akışını azaltmış, dolayısıyla akciğer kapasitesinin düşmesine yol açmış, akciğer fonksiyonlarında azalmaya neden olmuş ve solunum yollarındaki hava akışının azalmasıyla solunum tıkanıklığına yol açmıştır; çünkü hava akışında kısıtlama yaşayan kobay farelerin solunum sistemi, hava yollarında daralmaya neden olmuş ve vücutlarındaki hava akışını kısıtlamıştır; bu da çelikle karşılaştırıldığında daha hızlı ısı yayılım hızı nedeniyle sınırlı ısı yayılım hızlarından kaynaklanan solunum hava yolu hava akışında kısıtlamalara yol açmıştır; çeliğe kıyasla daha hızlı ısı yayılım hızı nedeniyle, 0,38 mg/L'lik maruziyette 12 dakika içinde pulmoner hava akışında daralmaya neden olmuş ve maruz kalan kobaylarda pulmoner hava akış kısıtlamasına yol açmıştır. Bununla birlikte, 0,38 mg/L konsantrasyonuna maruz kalan kobaylarda, pulmoner hava akışında daralmaya ve kısıtlanmasına yol açan bu maruziyet, solunum sistemi kısıtlanmasına neden olan pulmoner hava akışı tıkanıklığına yol açmış ve bu durum, maruziyet sonucu azalan akciğer kapasitesiyle de gösterilmiştir; maruz kalma, 0,38 mg/L konsantrasyonunda solunum yoluyla maruz kalma sonrasında ısı yayılımının neden olduğu akciğer hava akışında azalma nedeniyle 8 dakika içinde daralma yaşanmasına yol açmış olsa da, maruz kalma sonucu ortaya çıkan daralma, solunum yoluyla maruz kalma nedeniyle domuzlarda 2 dakika içinde şiddetli daralma meydana getirmiş ve dakikalar içinde pulmoner hava akışında daralmaya yol açarak maruz kalma sonrasında pulmoner hava akışında azalmaya neden olmuş; solunum yoluyla maruz kalma dozu, 2 dakika içinde şiddetli daralmaya neden olmuş, dakikalar içinde pulmoner hava akışında kısıtlanmaya yol açmış ve maruz kalma sonrasında 48 dakika içinde solunum kısıtlanması nedeniyle pulmoner hava akışında azalmaya neden olmuştur; maruz kalma, 1 saatten fazla bir süre sonra daralmaya bağlı solunum azalmasına yol açmış ve bu da kasık bölgesindeki pulmoner hava akışı daralması nedeniyle solunum sorunlarına neden olmuştur.

98% Al₂O₃

Alfa-alümina olarak da bilinen alfa-alümina, olağanüstü sertlik, basınca ve termal şoka karşı dayanıklılık özellikleriyle öne çıkar; bu özellikleri sayesinde yarı iletkenler, plazma aşındırma bileşenleri, nükleer sınıf yalıtkan bileşenler ve diğer yüksek gerilim uygulamaları gibi kimyasal ve plazma direnci gerektiren yalıtım uygulamaları için güvenilir bir malzeme seçeneği sunar. Genellikle yarı iletken üretim uygulamalarında kullanılır.

Korindon-alümina, korindona (yakut ve safir) benzer bir kristal yapıya sahip, son derece sert ve kararlı bir alümina türüdür. Kesici aletler gibi yüksek aşınma gerektiren uygulamaların yanı sıra, enerji santrallerindeki gaz kanalları gibi yüksek sıcaklık uygulamalarında da yaygın olarak aşındırıcı ve seramik malzemesi olarak kullanılmaktadır.

Alümina parçacıkları, yüzeylerinde alüminyum oksitten oluşan koruyucu bir pasivasyon tabakası oluşturarak atmosferik korozyona karşı direnç gösterir; bu tabaka, metallerin atmosferik oksijenle reaksiyona girmesini engeller ve eloksal işlemi bu bariyeri güçlendirmenin etkili bir yoludur. Alümina tozu ayrıca erozyon önleyici özelliklere sahiptir ve kömürle çalışan kazanların veya yakıt hatlarının iç kaplaması için mükemmel bir malzeme oluşturur; buna ek olarak erozyona karşı çok dayanıklıdır, bu da alüminayı ideal bir kaplama malzemesi haline getirir. Alümina tozu zamanla akciğer hasarına neden olabilir; ancak çözücü içermeyen özellikleri sayesinde, radyoaktif işaretli 26Al soluma çalışmaları sonucunda, işçilerin akciğerlerinden yeterince hızlı bir şekilde atıldığı ortaya çıkmıştır.

96% Al₂O₃

Elektriksel olarak yalıtılmış 96% Al₂O₃ alt tabakaları, mükemmel maliyet verimliliği, aşınmaya karşı direnç, ısı iletkenliği ve mekanik mukavemet özellikleri sayesinde kalın film elektroniği veya güç modülleri için ideal olan ekonomik bir seçenektir. Dielektrik özellikleri de bu alt tabakaları seramik PCB’ler için uygun hale getirir.

Alümina seramiklerinin saflığı, performansları ve kullanım alanları göz önünde bulundurulduğunda hayati önem taşır. Saflığı daha yüksek olan seramikler, elektronik uygulamalar için genellikle daha uygundur ve daha iyi korozyon ve aşınma direnci sunar; ancak istisnalar da mevcuttur: Bazen 85% saflığındaki alümina bile çeşitli kullanımlar için uygun olabilir.

Alümina bazlı ürünler, potalar, refrakter fırın boruları ve özel aşınmaya dayanıklı malzemeler gibi seramik bileşenlerin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Alümina ayrıca molibden, niyobyum ve tantal gibi metallerin çevresinde sızdırmazlık malzemesi olarak sıklıkla kullanılır; mükemmel kimyasal direnç sunarken, lehimleme işlemiyle çeşitli endüstriyel ekipmanlar için lehim bağlantılarını çok daha sağlam hale getirir; ayrıca iyi bir ısı iletkenliğine sahiptir ve sıradan alümina seramikleri (veya “sıradan ALC”) olarak da bilinir. Zirkonya-Alümina Seramik (ZTA), saf ALC’ye kıyasla üstün bir alternatif olarak lanse edilmiştir; ancak zamanla performansı önemli ölçüde etkileyebilecek yüzeysel hidrotermal yaşlanma sorunları söz konusu olabilir.

97% Al₂O₃

Bu tür alümina, mükemmel ısı iletkenliği, düşük genleşme katsayısı, kimyasal korozyona karşı direnci ve termal şoka karşı direnciyle bilinir. Termal şoka karşı da iyi bir direnç sergilediği için, bu malzeme hem yüksek düzeyde elektrik yalıtımı gerektiren uygulamalar hem de ürün metalizasyon süreçleri için iyi bir seçimdir.

Tıbbi sınıf alümina, kan kapakları için aşınmaya dayanıklı nozullar ve kılavuzlar, askeri personel için vücut zırhları ve hermetik sızdırmazlık malzemeleri dahil olmak üzere tıbbi uygulamalar için de ideal bir malzemedir. Basınç dayanımı, eğilme dayanımı, sızdırmazlık özellikleri ve mükemmel basınç-eğilme dayanımı karakteristikleri sayesinde bu malzeme, seramik-metal geçiş parçalarının yanı sıra X-ışını bileşenleri, elektron mikroskopları ve yüksek vakum ekipmanlarındaki kullanımlarda da üstün performans gösterir.

Alüminaya kısa süreli maruz kalma, gözlerde ve üst solunum yollarında tahrişe yol açabilir; uzun süreli maruz kalma ise akciğer hipertrofisi, akciğer iltihabı ve fibrozise neden olabilir; ayrıca bu madde merkezi sinir sistemi için toksiktir ve bu nedenle hem insanlar hem de diğer canlılar tarafından dikkatli bir şekilde kullanılmalıdır. HSDB, bu kimyasal madde için laboratuvar hayvanları üzerinde yapılan çalışmaların yanı sıra diğer kaynaklardan elde edilen kapsamlı toksikolojik veriler sunmaktadır.

95% Al₂O₃

Alümina seramikleri, mükemmel aşınma direncine sahip sert ve dayanıklı malzemelerdir; yüksek sıcaklıklarda asitlere ve alkalilere karşı dirençli olmalarını sağlayan kimyasal olarak inert özellikleri ve iletken ve dielektrik uygulamaları için ideal kılan iyi elektriksel özellikleri (düşük direnclilik) bulunmaktadır.

Bu tür alümina, seramik-metal geçiş parçaları ve X-ışını bileşen geçiş parçaları, kaynak, ısıl işlem ve özel pota uygulamalarında kullanılan gerilim giderici boncuklar ve izolatörler, kaynak işlemleri sırasında kullanılan gerilim giderici boncuklar ile özel potaların üretiminde idealdir. Ayrıca, ergonomik vücut zırhı uygulamaları için çift kavisli monolitik karolar, vücut zırhının kullanım rahatlığını artırmak amacıyla da temin edilebilir.

Seramik, olağanüstü aşınma ve erozyon direnci sunarak birçok endüstriyel uygulama için uygun hale gelir. Bu malzemeden üretilen tıbbi implantlar ve vücut zırhları da bundan büyük ölçüde faydalanmıştır. Ayrıca, termal şok direnci 2910F (1600C) sıcaklığa kadar ulaşır. Dahası, üretim süreçlerini kolaylaştırmak için hem yoğun (mülit) hem de gözenekli (korindon) formlarda mevcuttur.

94% Al₂O₃

Alümina seramikleri çok serttir ve mükemmel elektriksel özelliklere sahiptir; aşınmaya, kimyasal etkiye, oksidasyona ve korozyona dayanıklıdır; aynı zamanda gözeneksiz ve yoğundur; bu özellikleri sayesinde basınç sensörleri, püskürtme hedefleri, yatak kaplamaları ile elektron tüpleri ve lazer bileşenleri için uygundur. Düşük termal genleşme özellikleri, yüksek yoğunluklu kalıplama süreçlerinde tane büyümesini sınırlayan izostatik preslemeyi mümkün kılar.

Bu alümina çeşidi için kullanılan toz hammadde, doğada yaygın olarak bulunan ve alüminyum açısından zengin, kil benzeri bir malzeme olan boksitten elde edilir. Boksit, maden ocağından çıkarıldıktan sonra “Bayer prosesi” olarak adlandırılan ıslak kimyasal kostik liç işlemiyle işlenir ve bu işlem sonucunda çok sayıda uygulamaya uygun toz alümina elde edilir.

Alümina, tek eksenli ve izostatik presleme, enjeksiyon kalıplama ve ekstrüzyon gibi çeşitli üretim teknikleriyle üretilebilir. Şekillendirildikten sonra, bitmiş bileşenler hassas taşlama, alıştırma, lazerle işleme ve diğer işlemler kullanılarak son halini alabilir.