Optimierung von Siliziumnitrid-Substraten: Fortgeschrittene Bandgusstechniken für überlegene Leistung

Siliziumnitrid-Substrate sind für ihre außergewöhnlichen Eigenschaften bekannt, darunter hohe Wärmeleitfähigkeit, ausgezeichnete mechanische Festigkeit, niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient und hervorragende elektrische Isolierung. Diese Eigenschaften machen sie in verschiedenen Hightech-Anwendungen unverzichtbar, z. B. in der Leistungselektronik, bei Automobilkomponenten, in der Luft- und Raumfahrttechnik und bei Systemen für erneuerbare Energien. In Elektrofahrzeugen beispielsweise ermöglichen Si3N4-Substrate eine effiziente Wärmeableitung in Leistungsmodulen und verbessern so die Zuverlässigkeit und Leistung des gesamten Systems. Auch in der 5G-Telekommunikation unterstützen sie Hochfrequenzschaltungen, indem sie Signalverluste und Wärmeentwicklung minimieren.

Das Bandgießen, auch bekannt als Rakelgießen, ist ein zentrales Fertigungsverfahren zur Herstellung dünner, gleichmäßiger Keramikplatten. Bei diesem Verfahren wird eine Aufschlämmung keramischer Pulver, die mit Bindemitteln und Lösungsmitteln vermischt sind, auf eine Trägerfolie aufgetragen und anschließend getrocknet und gesintert. Traditionell wurde das Bandgießen wegen seiner Skalierbarkeit und Kosteneffizienz in der Massenproduktion bevorzugt. Herkömmliche Verfahren haben jedoch oft mit Einschränkungen zu kämpfen, wie z. B. einer uneinheitlichen Dicke, hohen Fehlerquoten aufgrund von Trocknungsrissen und suboptimalen Materialeigenschaften, die auf Verunreinigungen oder eine ungleichmäßige Partikelverteilung zurückzuführen sind.

Dieser Artikel befasst sich mit innovativen Strategien zur Überwindung dieser Hürden und zielt darauf ab, Si3N4-Substrate auf ein "höheres" Qualitätsniveau zu bringen. Durch die Untersuchung fortschrittlicher Bandgießvarianten und Optimierungen wird aufgezeigt, wie mit diesen neuen Techniken dichtere Mikrostrukturen, höhere Wärmeleitfähigkeiten (bis zu 100 W/m-K oder mehr) und verbesserte Ausbeuteraten erreicht werden können. Die Diskussion ist so strukturiert, dass sie Forschern und Ingenieuren, die die Grenzen der Leistungsfähigkeit keramischer Substrate verschieben wollen, einen umfassenden Fahrplan bietet.

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Überprüfung der traditionellen Bandgießverfahren

Der grundlegende Prozess des traditionellen Bandgießens beginnt mit der Aufschlämmung, bei der hochreine Si3N4-Pulver in organischen Lösungsmitteln wie Toluol oder Xylol dispergiert werden, zusammen mit Dispergiermitteln, Bindemitteln (z. B. Polyvinylbutyral) und Weichmachern. Die Aufschlämmung wird dann mit einem Rakel auf ein bewegliches Trägerband gegossen, um die Dicke zu kontrollieren, die in der Regel zwischen 50 und 500 Mikrometern liegt. Beim anschließenden Trocknen verdampft das Lösungsmittel und hinterlässt ein flexibles grünes Band, das geschnitten, gestapelt und bei hohen Temperaturen (etwa 1800 °C) unter einer Stickstoffatmosphäre gesintert werden kann, um das Material zu verdichten.

Zu den wichtigsten Vorteilen dieses Verfahrens gehört die Fähigkeit, großflächige, dünne Platten mit gleichmäßiger Dicke herzustellen, was eine kontinuierliche Rolle-zu-Rolle-Verarbeitung ermöglicht, die sich ideal für den industriellen Maßstab eignet. Es erleichtert zum Beispiel die Herstellung von mehrschichtigen Substraten für integrierte Schaltungen, bei denen eine präzise Ausrichtung der Schichten entscheidend ist. Außerdem ist das Verfahren im Vergleich zu Alternativen wie dem Heißpressen relativ kostengünstig, so dass es auf breiter Basis eingesetzt werden kann.

Es gibt jedoch nach wie vor Probleme. Organische Lösungsmittel tragen zu einem hohen Sauerstoffgehalt im Endprodukt bei, der die Wärmeleitfähigkeit durch die Bildung von Sekundärphasen wie Siliziumoxynitrid verschlechtert. In den Trocknungsphasen kommt es häufig zu Rissen oder Verformungen aufgrund ungleichmäßiger Lösungsmittelverdampfung, was zu Ausbeuteverlusten von bis zu 20-30% führt. Darüber hinaus ist es schwierig, eine hohe Feststoffbeladung (über 50 vol%) in der Aufschlämmung zu erreichen, ohne dass es zur Agglomeration kommt, was zu porösen Mikrostrukturen nach dem Sintern führt.

3 Schlüsselpunkte beim Bandgießen von schuppenförmigen Siliciumnitrid-Substraten

Das erfolgreiche Gießen von Siliziumnitrid-Substraten in Flockenform (Si₃N₄) für Anwendungen mit hoher Wärmeleitfähigkeit hängt von der sorgfältigen Optimierung dreier voneinander abhängiger Elemente ab: den Pulvereigenschaften, dem Gießsystem (Rheologie und Chemie) und dem Additivpaket. Wenn auch nur eines dieser Elemente nicht kontrolliert wird, beeinträchtigt dies die Integrität und Leistung des Endprodukts.

1. Pulver: Das grundlegende Element

Das Ausgangspulver ist nicht nur eine Zutat, sondern bestimmt das endgültige Potenzial des Substrats. Bei schuppenförmigem Si₃N₄ geht dies über die Grundlagen der Chemie hinaus.

• Morphologie und Größenverteilung der Partikel: Das ist das A und O. Das Pulver muss aus hochgradig anisotrope, plättchenförmige (oder schuppenförmige) Partikel. Ziel ist es, eine hohe Seitenverhältnis (Verhältnis von Durchmesser zu Dicke). Diese flachen Partikel sind die grundlegenden Einheiten, die, wenn sie ausgerichtet sind, den schnellen Weg für den Phononentransport schaffen, was zu einer hohen Wärmeleitfähigkeit in der Ebene führt. Eine enge, kontrollierte Größenverteilung ist entscheidend, um eine gleichmäßige Packung zu gewährleisten und Defekte beim Gießen und Trocknen zu vermeiden.
• Reinheit und Oberflächenchemie: Das Pulver muss von außergewöhnlicher Qualität sein hohe Reinheit. Selbst Spuren bestimmter metallischer Verunreinigungen (z. B. Fe, Ca, Al) oder sauerstoffreiche Oberflächenschichten können beim Ausbrennen als Senken für Kohlenstoff dienen oder beim Sintern niedrigschmelzende glasartige Phasen bilden. Diese Phasen werden zu primären Streustellen für Phononen und verringern die Wärmeleitfähigkeit drastisch. Die Oberflächenchemie bestimmt auch, wie gut Dispergiermittel an der Partikeloberfläche adsorbiert werden, was sich direkt auf die Stabilität der Aufschlämmung auswirkt.
• Kompatibilität der Sinterhilfsmittel: Siliciumnitrid ist ohne Zusätze bekanntermaßen schwer zu sintern. Die Wahl und Menge der Sinterhilfsmittel (z. B. Y₂O₃, MgO) sind entscheidend. Sie müssen gleichmäßig im Pulver verteilt sein, um das Sintern in der Flüssigphase zu erleichtern und das Wachstum länglicher β-Si₃N₃-Körner zu fördern, während sie anschließend in eine sekundäre Korngrenzenphase kristallisieren, die den Wärmefluss nicht stark behindert.

2. Das Tape Casting System: Rheologie und Lösungsmittelchemie

Dies bezieht sich auf das flüssige Medium und die daraus resultierenden Fließeigenschaften (Rheologie) des Schlickers. Sie ist der Motor des Gießprozesses.

Auswahl der Lösungsmittel: Wässrig vs. Organisch: Die Wahl zwischen einer wässrig (auf Wasserbasis) oder Bio (z. B. Toluol/Ethanol, MEK/Ethanol) ist eine grundlegende Entscheidung.

• Organische Lösungsmittel bieten traditionell eine bessere Benetzung von hydrophoben Si₃N₄-Pulvern, eine geringere Oberflächenspannung (wodurch Trocknungsfehler wie Nadelstiche verringert werden) und eine leichtere Auflösung bestimmter Bindemittel. Sie stellen jedoch ein erhebliches Risiko für Gesundheit, Sicherheit und Umwelt (HSE) dar.
• Wässrige Systeme sind umweltfreundlicher und sicherer, bringen aber auch Herausforderungen mit sich: Die höhere Oberflächenspannung kann zu Schaumbildung und schlechter Benetzung führen, und die hohe Verdampfungsenthalpie von Wasser erfordert eine präzise Steuerung der Trocknung. Auch der pH-Wert des wässrigen Systems muss sorgfältig eingestellt werden, um die elektrostatische Dispersion zu kontrollieren.

Rheologische Technik: Das Fließverhalten des Schlamms ist nicht verhandelbar. Sie muss ein ausgeprägtes pseudoplastisch oder scherverdünnend Eigenschaften.

• Unter hoher Scherung (wenn es unter der Rakel hindurchläuft), muss die Viskosität drastisch abnehmen, um einen reibungslosen Fluss und eine hervorragende Nivellierung zu ermöglichen, so dass die schubinduzierte Ausrichtung der Flockenpartikel.
• Unmittelbar nach dem Gießen (bei einer Scherung von nahezu Null) muss die Viskosität sofort wieder einen hohen Wert erreichen. Dieses "Zurückschnappen" verhindert, dass sich die abgesetzten Flocken willkürlich umorientieren oder weiter absetzen, so dass sie in ihrer ausgerichteten, planaren Konfiguration verbleiben. Dies ist die wichtigste rheologische Funktion, um eine hohe Anisotropie zu erreichen.

3. Das Additivpaket: Dispergiermittel, Bindemittel und Weichmacher

Diese organischen Zusatzstoffe sind die "Magie", die eine Pulversuspension in ein handhabbares, flexibles grünes Band verwandelt. Ihre Auswahl und Ausgewogenheit sind eine hohe Kunst.

• Dispersionsmittel: Das Arbeitspferd der Stabilität. Seine Aufgabe ist es deagglomerieren das Pulver und sterisch und/oder elektrostatisch stabilisieren die Partikel gegen ein erneutes Ausflocken. Das Dispergiermittelmolekül muss ein mit dem Lösungsmittel kompatibles Grundgerüst und eine Ankergruppe haben, die stark an der Si₃N₄-Oberfläche adsorbiert. Eine optimale Dispergiermitteldosierung sorgt für eine maximale Pulverbeladung bei möglichst geringer Viskosität, was für die Herstellung von hochdichten grünen Bändern und schließlich hochdichten Sintersubstraten von entscheidender Bedeutung ist.
• Bindemittel: Dieses Polymer (z. B. PVB, Acrylglas) bietet die grüne Stärke und den Zusammenhalt des gegossenen Bandes. Es bildet eine Polymermatrix, die die Keramikpartikel nach dem Verdampfen des Lösungsmittels an Ort und Stelle hält. Das Bindemittel muss mit dem Lösungsmittel und den anderen Zusatzstoffen vollständig kompatibel sein. Entscheidend ist, dass es sauber und vollständig ausbrennen während der thermischen Entbinderungsphase, so dass nur minimale Kohlenstoffrückstände zurückbleiben. Jeglicher Restkohlenstoff reagiert während des Sinterns mit Si₃N₄ und bildet Siliziumkarbid (SiC), was das Mikrogefüge und die thermischen Eigenschaften beeinträchtigt.
• Weichmacher: Dieser niedermolekulare Zusatzstoff wirkt als Schmiermittel zwischen den Polymerketten des Bindemittels. Es verringert die Glasübergangstemperatur (Tg) des Bindemittels, wodurch das getrocknete grüne Band flexibel und robust und nicht spröde. Dies verhindert Risse bei der Handhabung, beim Aufwickeln und bei nachfolgenden Stanz- oder Schneidvorgängen. Die Wahl des Weichmachers hängt von der Chemie des Bindemittels ab.

Innovationen in aufkommenden Bandgusstechnologien

Das Gießen von Bändern, ein wichtiges Verfahren zur Herstellung von dünnschichtigen Keramik-, Metall- oder Polymerwerkstoffen, unterliegt einem tiefgreifenden Wandel, der durch die Nachfrage nach fortschrittlichen Werkstoffen und High-End-Anwendungen angetrieben wird. Die traditionellen lösungsmittelbasierten oder wässrigen Bandgießverfahren sind zwar gut etabliert, stoßen aber an ihre Grenzen, was Präzision, Effizienz und Nachhaltigkeit angeht. In den letzten Jahren ist eine Reihe innovativer Technologien entstanden, die diese Einschränkungen überwinden und das Feld in Richtung größerer Präzision, Umweltfreundlichkeit und Multifunktionalität vorantreiben.

1. Klebebandkaschierung und Warmverklebung

Dabei handelt es sich um eine mehrschichtige Technologie, bei der mehrere Lagen von grünem Klebeband zuverlässig zu einer dreidimensionalen Struktur verbunden werden, was über das Gießen von einschichtigem Klebeband hinausgeht.

✅Grundprinzip: Zunächst werden flexible einlagige grüne Bänder durch konventionelles Bandgießen hergestellt. Diese Bänder werden dann geschnitten, gestapelt und in eine vorgewärmte Form gelegt. Das Pressen erfolgt unter einer Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur (Tg) des Bindemittels und angewandtem Druck. In diesem Stadium werden die Polymerbindemittel und Weichmacher auf den Oberflächen der benachbarten Schichten weich, interdiffundieren und verflechten sich und bilden starke chemische Bindungen an der Grenzfläche. Dadurch verschmelzen die verschiedenen Schichten zu einem monolithischen, hochfesten Grünkörper.

✅Wesentliche Merkmale:

• Hohe Zwischenschichtfestigkeit: Löst häufige Delaminierungsprobleme bei der Kaltlaminierung.
• Hohe Verlässlichkeit: Weit verbreitet bei der Herstellung von keramischen Vielschichtkondensatoren (MLCCs), porösen/dichten/porösen Dreischichtstrukturen für Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs) und anderen Bauteilen, die komplexe interne Kanäle oder Hohlräume erfordern.

✅Vorteile: Ermöglicht die Herstellung von hochdichten, komplex geformten Laminaten mit deutlich besserer Qualität der Zwischenlagenverklebung im Vergleich zur Laminierung bei Raumtemperatur.

✅Herausforderungen: Erfordert eine präzise Steuerung von Temperatur, Druck und Zeit, um ein Verrutschen der Schichten oder eine übermäßige Extrusion organischer Komponenten zu verhindern.

2. Bandgießen mit isostatischem Pressen

Hierbei handelt es sich um ein Nachbearbeitungsverfahren, das die Dichte und Gleichmäßigkeit von ein- oder mehrschichtigen Grünlingen aus Bandguß verbessert.

✅Grundprinzip: Nach dem Gießen der grünen Bänder und dem Laminieren wird der grüne Körper in einer flexiblen, luftdichten elastischen Form (in der Regel eine Gummi- oder Kunststoffhülle) versiegelt. Diese Einheit wird dann in den Hochdruckbehälter einer isostatischen Presse gelegt. Der Behälter wird mit einer Flüssigkeit (Öl oder Wasser) gefüllt und einem extrem hohen isotropen Druck ausgesetzt (normalerweise 100-300 MPa). Der Druck wirkt durch die Form hindurch gleichmäßig auf alle Oberflächen des Grünlings, komprimiert die inneren Poren und ordnet die Partikel so an, dass eine möglichst dichte Packung entsteht. Dadurch wird die Dichte und Gleichmäßigkeit des Grünlings erheblich verbessert.

✅Wesentliche Merkmale:

• Isotrope gleichmäßige Verdichtung: Der Druck wird gleichmäßig aus allen Richtungen ausgeübt, wodurch die beim einachsigen Pressen üblichen Dichtegradienten beseitigt und eine Verformung des Grünlings sowie innere Spannungen vermieden werden.
• Außergewöhnlich hohe Dichte an Grünflächen: Ermöglicht die Herstellung von Grünkörpern mit einer Dichte, die weit über der des traditionellen Bandgießens liegt, und reduziert die Schrumpfung und Verformung während des anschließenden Sinterns erheblich.

✅Vorteile: Erzeugt Grünkörper mit sehr gleichmäßiger Struktur und minimalen Defekten, was es zu einem entscheidenden Verfahren für die Herstellung von Hochleistungs-Strukturkeramik (z. B. Aluminiumoxid, Siliziumnitrid) mit hoher Verlässlichkeit macht.

✅Herausforderungen: Erfordert erhebliche Investitionen in die Ausrüstung und relativ lange Prozesszyklen.

3. Gel Tape Casting Prozess

Dabei handelt es sich um eine In-situ-Slurry-Verfestigungstechnologie, bei der die herkömmliche Trocknung durch Lösungsmittelverdampfung durch eine Gelierungsreaktion ersetzt wird, was eine wichtige Neuerung beim Gießen von Bändern auf wässriger Basis darstellt.

✅Grundprinzip: Die Aufschlämmung verwendet Wasser als Lösungsmittel und zwei wichtige Zusatzstoffe: ein Monomer (z. B. Acrylamid) und einen Vernetzer (z. B. Methylenbisacrylamid). Nach dem Gießen werden ein Initiator (z. B. Ammoniumpersulfat) und ein Katalysator (z. B. TEMED) in die Aufschlämmung gegeben, wodurch die radikalische Polymerisation des Monomers ausgelöst wird. Dadurch wird ein dreidimensionales Hydrogel-Netzwerk gebildet, das die Keramikpartikel an Ort und Stelle immobilisiert und eine in situ Verfestigung bewirkt. Das Wasser wird anschließend durch Trocknung entfernt.

✅Wesentliche Merkmale:

• Umweltsicherheit: Hauptsächlich auf Wasserbasis, wodurch die mit organischen Lösungsmitteln verbundene Toxizität und Kosten vermieden werden.
• Hohe Grünfestigkeit: Das polymerisierte organische Netzwerk verleiht dem Grünkörper eine außergewöhnliche mechanische Festigkeit und ermöglicht die maschinelle Bearbeitung.
• Stressarmes Trocknen: Da das Wasser im Gel-Netzwerk eingeschlossen ist, werden die Trocknungsspannungen minimiert, was die Herstellung sehr dicker (>5 mm) Körper ohne Rissbildung ermöglicht.

✅Vorteile: Ein umweltfreundliches Verfahren zur Herstellung von hochfesten, dicken und komplex geformten keramischen Grünkörpern, das sich hervorragend für die Herstellung großer und strukturell komplizierter Keramikkomponenten eignet.

✅Herausforderungen: Erfordert eine präzise Steuerung des Monomerpolymerisationsprozesses, und die Ausbrennphase des Bindemittels muss sorgfältig gesteuert werden, um Fehler zu vermeiden.

4. UV-induzierte Polymerisation Bandgießen / Bandgießen auf Basis von Photopolymerisation

Dabei handelt es sich um eine lösungsmittelfreie Hochgeschwindigkeitsverfestigungstechnologie, die ein wichtiges Verfahren im Bereich der additiven Fertigung (3D-Druck) darstellt.

✅Grundprinzip: Die Aufschlämmung besteht aus Keramikpulver, lichtempfindlichem Harz (das photopolymerisierbare Monomere/Oligomere enthält) und einem Photoinitiator. Nachdem die Aufschlämmung mit einem Rakel zu einer dünnen Schicht geformt wurde, wird sie sofort einer Strahlung mit einer bestimmten Wellenlänge (in der Regel ultraviolettes/UV-Licht) ausgesetzt. Der Fotoinitiator absorbiert die Lichtenergie, um freie Radikale zu erzeugen, die die Polymerisation der Monomere und die Vernetzung rasch einleiten. Dadurch verwandelt sich die gesamte Schlammschicht innerhalb von Sekunden bis zu einigen Dutzend Sekunden von flüssig in fest.

✅Wesentliche Merkmale:

• Fast sofortige Aushärtung: Extrem hohe Produktionsgeschwindigkeit, da keine langen Trocknungstunnel erforderlich sind.
• Lösemittelfrei und frei von Trocknungsfehlern: Vermeidet grundsätzlich Probleme wie Rissbildung und Hautbildung, die durch ungleichmäßige Lösungsmittelverdunstung verursacht werden.
• Außergewöhnliche Maßgenauigkeit: Minimale volumetrische Schrumpfung während der Aushärtung, perfekte Beibehaltung der vom Rakel geformten Form.
• Nahtlose Kompatibilität mit dem 3D-Druck: Dieses Verfahren ist das Herzstück der bandbasierten additiven Fertigung und ermöglicht die schichtweise Herstellung komplexer dreidimensionaler Strukturen.

✅Vorteile: Ultrahohe Effizienz, hohe Präzision, Eignung für die Herstellung von Mikromustern und komplexen 3D-Strukturen. Es stellt die künftige Hauptproduktionsrichtung für elektronische Präzisionskeramikbauteile (z. B. MLCCs, LTCCs) und Biokeramik dar.

✅Herausforderungen: Der Schlicker muss eine hohe UV-Durchdringung aufweisen, um eine ausreichende Aushärtungstiefe zu gewährleisten; Lichtstreuung und -absorption durch keramische Pulver müssen berücksichtigt werden; und das Ausbrennen lichtempfindlicher Harze erfordert eine spezielle Konstruktion.

Zukünftige Trends der Bandgusstechnik für Siliziumnitrid-Substrate

Die Entwicklung der Siliziumnitrid (Si₃N₄)-Bandgusstechnologie wird sich darauf konzentrieren, die derzeitigen Beschränkungen zu überwinden und neue Funktionalitäten zu erschließen, um den steigenden Anforderungen der modernen Industrie gerecht zu werden. Wichtige zukünftige Richtungen umfassen:

1. Substrate mit ultrahoher Wärmeleitfähigkeit

• Ziel der Entwicklung: Erzielung einer Wärmeleitfähigkeit von >200 W/m-K in der Ebene durch optimierte schuppenförmige Si₃N₄-Pulverausrichtung, reduzierte Sauerstoffverunreinigungen und Korngrenzentechnik während des Sinterns.
• Herangehensweise: Integrieren Sie elektrophoretische Abscheidung (EPD) Prinzipien in den Klebebandguss, um die Partikelorientierung unter elektrischen Feldern zu verbessern.

2. Multi-Material-Hybrid-Bandgießen

• Ziel der Entwicklung: Herstellung funktional abgestufter Schichten (z. B. dichte/poröse Si₃N₄-Strukturen) oder eingebetteter leitfähiger Muster (z. B. gemeinsam gegossene Metall-Keramik-Verbindungen) in einem einzigen Prozess.
• Herangehensweise: Fortgeschrittene Mehrfach-Güllefördersysteme mit Mikrodüsen für die präzise seitliche/vertikale Materialverteilung.

3. Lösungsmittelfreie und nachhaltige Verarbeitung

• Ziel der Entwicklung: Beseitigen Sie organische Lösungsmittel mit UV-härtbare wässrige Aufschlämmungen oder Schmelzbindemittel zur Verringerung der Umweltbelastung und der Trocknungsfehler.
• Herangehensweise: Entwicklung neuer Fotoinitiatoren und Harze, die mit den UV-streuenden Eigenschaften von Si₃N₄ kompatibel sind.

4. KI-gestützte Prozessoptimierung

• Ziel der Entwicklung: Echtzeit-Überwachung und adaptive Steuerung von Gülle-Rheologie, Banddicke und Trocknungskinetik durch Algorithmen des maschinellen Lernens.
• Herangehensweise: Bereitstellung von Inline-Sensoren (z. B. Laser-Rheometer, IR-Kameras) in Verbindung mit Prognosemodellen zur automatischen Anpassung der Rakelhöhe/Bandgeschwindigkeit.

5. Integration der additiven Fertigung

• Ziel der Entwicklung: Ermöglicht komplexe 3D-Si₃N₄-Geometrien über Hybrid-Bandgießen-3D-Druck, wo Bänder mit Hilfe digitaler Entwürfe geschichtet, präzisionsgeschnitten und verklebt werden.
• Herangehensweise: Kombinieren Sie Bandgießen mit Tintenstrahldruck von Sinterhilfsmitteln oder Strukturträgern für Topologie-optimierte Bauteile.

6. Defektfreie Entbinderung und Sinterung

• Ziel der Entwicklung: Minimierung von Kohlenstoffrückständen und Mikrorissen beim Ausbrennen des Bindemittels durch katalytische Entbinderung oder zweistufige kontrollierte Pyrolyse.
• Herangehensweise: Passen Sie die Bindemittelchemie so an, dass sie sich unterhalb der Oxidationsschwelle von Si₃N₄ sauber zersetzt (<500°C).

7. Skalierbarkeit für großflächige Formate

• Ziel der Entwicklung: Herstellung von Si₃N₄-Bändern im Metermaßstab mit <1% Dickenvariation für Leistungselektronik und EV-Module.
• Herangehensweise: Erneuern Sie breite Gussköpfe mit aktiver Schwingungsdämpfung und nanopräziser Spaltkontrolle.

Die Weiterentwicklung der Siliziumnitrid-Bandgusstechnologie stellt eine Konvergenz von Materialwissenschaft, Verfahrenstechnik und digitaler Innovation dar. Durch die Nutzung neuer Techniken wie lösungsmittelfreie Verarbeitung, KI-gesteuerte Optimierung und hybride additive Fertigung ist das Feld bereit, langjährige Herausforderungen bei der Defektreduzierung, Dimensionskontrolle und Funktionsintegration zu bewältigen. Diese Entwicklungen werden nicht nur die Leistung und Zuverlässigkeit von Si₃N₄-Substraten verbessern, sondern auch ihre Anwendungen in der Leistungselektronik der nächsten Generation, in Elektrofahrzeugen und in der Telekommunikation erweitern. Die Zukunft der Siliziumnitrid-Substrate liegt in intelligenteren, umweltfreundlicheren und präziseren Produktionsparadigmen, die eine Ära von Keramiken einläuten, die nicht nur Komponenten sind, sondern den technischen Fortschritt ermöglichen.

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