Corrigido: no campo de embalagens eletrônicas, os substratos cerâmicos de alumina, devido ao seu excelente isolamento, condutividade térmica e resistência mecânica, servem como material de base para circuitos de filme-espesso, circuitos de filme-fino e dispositivos eletrônicos de alta-precisão.
À medida que os dispositivos eletrônicos tendem à miniaturização, alta potência e altas frequências, os requisitos de desempenho para substratos de alumina são cada vez mais exigentes. O refinamento e a densificação de grãos surgiram como as duas principais rotas de processo para melhorar o desempenho de substratos de alumina. Compreender as conotações, diferenças e conexões entre esses dois conceitos é de grande importância para otimizar processos de preparação e obter substratos de alto-desempenho.
A conotação e o significado do refinamento de grãos
O refinamento de grão refere-se à redução do tamanho dos grãos no material cerâmico. Grãos mais finos geralmente levam a maior resistência, dureza e tenacidade. O princípio por trás disso é a relação Hall-Petch: a resistência de um material é inversamente proporcional à raiz quadrada do tamanho do grão. Mais limites de grão aumentam a capacidade de impedir a propagação de fissuras. Para substratos de alumina, a importância do refinamento de grão é múltipla:
Melhorando a resistência mecânica: Ao otimizar o processo para controlar o tamanho médio do grão do substrato de alumina para cerca de 1,1 μm, sua resistência à flexão pode atingir (440 ± 25) MPa, aumentando significativamente a resistência do substrato a danos.
Melhorar o acabamento superficial: Grãos mais finos resultam em uma rugosidade superficial (Ra) que pode atingir o nível nanométrico após o polimento. Isso é crucial para a adesão de circuitos de filmes-espessos e{2}}de filmes finos, especialmente em aplicações de circuitos de alta-frequência e alta-precisão.
Redução da perda dielétrica: uma estrutura-de granularidade fina normalmente implica menos defeitos nos limites de granulação, o que ajuda a reduzir a atenuação de sinais de-alta frequência durante a transmissão.
A diferença e conexão entre refinamento e adensamento de grãos
A principal diferença entre os dois está no objeto de pesquisa e no nível de ação. O refinamento de grãos é uma otimização da microestrutura, que visa tornar os grãos mais finos e uniformes, melhorando assim as propriedades mecânicas e a qualidade superficial. A densificação é a melhoria do estado físico, que visa eliminar os poros internos da cerâmica, melhorando assim as propriedades térmicas, elétricas e a confiabilidade.
Durante o processo de sinterização cerâmica (o processo de aquecimento do pó em um corpo denso), o refinamento e a densificação dos grãos ocorrem simultaneamente, mas competem entre si.
Cenário ideal: alcançar a densificação completa antes que ocorra o crescimento do grão, resultando em uma estrutura de "grão fino-+ totalmente denso".
Contradição prática: a sinterização-em alta temperatura, embora benéfica para a densificação, pode facilmente levar ao engrossamento dos grãos. Por outro lado, a sinterização-a baixa temperatura, embora iniba o crescimento dos grãos, pode deixar poros que afetam a condutividade térmica e as propriedades de isolamento.