Sustrato de nitruro de silicio
Sustrato de nitruro de silicio
Pureza: ≥99%
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Silicon nitride substrate data sheet
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Código de referencia: |
HM2560 |
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Pureza: |
≥99% |
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Color: |
Black-gray |
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Fórmula química: |
Si3N4 |
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Material grades: |
HMSN1000, HMSN2000, HMSN3000, HMSN4000 |
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Densidad: |
3,20 g/cm3 |
Description of the silicon nitride substrate
Silicon nitride substrate is a high-performance material designed for advanced applications in the electronics and semiconductor industries. Known for its exceptional thermal stability, high strength, and excellent electrical insulation properties, this substrate is ideal for use in devices requiring efficient heat dissipation and reliable electrical insulation. It is sintered at high temperatures to achieve a dense structure, ensuring durability in demanding environments. Silicon nitride substrates are commonly used in power electronics, high-temperature sensors, and as substrates for third-generation semiconductors, where heat management and electrical insulation are crucial.
Silicon nitride substrate specifications
| Producto | Espesor | Length×Width |
| Si3N4 substrate | 0.254 mm | 190.0×138.0 mm (±1%) |
| 0.320 mm | ||
| 0,635 mm | ||
| 1,000 mm | 114.3×114.3 mm (±1%) |
Characteristics of the silicon nitride substrate
- High thermal conductivity: Offers excellent heat dissipation performance, with values up to 70 W/mK, significantly higher than traditional alumina substrates .
- Thermal expansion compatibility: The coefficient of thermal expansion (3.1×10-⁶/°C) is very similar to that of silicon chips, reducing thermal stress and improving reliability.
- Superior mechanical strength: Provides twice the flexural strength of alumina substrates, making it more resistant to cracking under mechanical load.
- Exceptional electrical insulation: Maintains high insulation resistance and low dielectric loss, ideal for high voltage and high frequency applications.
- Excellent thermal shock resistance: Can withstand rapid temperature cycles from 0 to 200 °C for thousands of cycles without degrading.
- Chemical and oxidation resistance: Resists acids, alkalis and oxidation, ensuring a lifespan of up to 10 years in harsh environments.
- Good metallization compatibility: Supports multilayer circuits and miniaturized packaging and is suitable for compact and integrated designs.
Applications of silicon nitride substrate
- Power electronics: Used as substrates for IGBT and MOSFET modules, they offer effective heat dissipation and electrical insulation in high-power applications.
- Automotive electronics: Ideal for electric vehicle inverters, LED control units and ECU systems thanks to its thermal stability and mechanical strength.
- Aerospace systems: Supports highly reliable electronic components that must withstand extreme thermal and mechanical stresses.
- Renewable energy equipment: Applied in wind turbines and solar inverters, where long-term thermal cycling and electrical insulation are critical.
- Industrial automation: Integrated into control and drive systems that require durable and heat-resistant circuit substrates.
Electronic devices
OLED Displays
Sector aeroespacial
Nueva industria energética
Propiedades del material de nitruro de silicio
Grados del material de nitruro de silicio
HMSN1000 se produce mediante una técnica de sinterización por sobrepresión de gas, ampliamente reconocida por permitir la fabricación de piezas de nitruro de silicio de alta resistencia con formas intrincadas. El proceso comienza con una mezcla de polvo de nitruro de silicio que incluye aditivos de sinterización -como itria, óxido de magnesio o alúmina- para crear una fase líquida durante la sinterización, así como aglutinantes para mejorar la integridad estructural de la forma presinterizada. Tras moldear el polvo en la geometría deseada y realizar cualquier mecanizado en verde necesario, los componentes se densifican en un horno presurizado con nitrógeno. Este entorno garantiza una consolidación adecuada al tiempo que minimiza la pérdida de material debida a la evaporación o descomposición del silicio, el nitrógeno y los elementos aditivos.
Usos comunes
- Componentes para sistemas aeroespaciales
- Elementos rodantes y deslizantes en unidades de rodamientos
- Piezas de alta durabilidad para motores de combustión interna
- Herramientas y accesorios para fundición y transformación de metales
- Piezas estructurales en conjuntos mecánicos
- Elementos biocompatibles para productos sanitarios
El HMSN2000 se fabrica mediante una técnica de prensado en caliente, en la que el polvo de nitruro de silicio se compacta a alta presión y temperatura elevadas simultáneamente. Este método se basa en equipos especializados, que incluyen matrices de precisión y prensas uniaxiales. El resultado es una cerámica densa de gran resistencia y durabilidad. Sin embargo, el proceso es más adecuado para conformar geometrías básicas debido a las limitaciones del equipo. Dado que los componentes no pueden mecanizarse en estado presinterizado (verde), todo el postprocesado debe realizarse mediante rectificado con diamante, lo que lleva mucho tiempo y es costoso. En consecuencia, este método suele reservarse para la producción a pequeña escala de piezas sencillas en las que se requiere un rendimiento de material de primera calidad.
Usos comunes
- Piezas estructurales de aeronaves y naves espaciales
- Componentes de equipos y tuberías en industrias de transformación química
- Elementos resistentes a la fricción para motores
- Herramientas y piezas de desgaste utilizadas en entornos de fundición de metales
- Piezas portantes y de precisión en maquinaria industrial
- Piezas especializadas en instrumental médico y dental
HMSN3000 utiliza el proceso de prensado isostático en caliente (HIP), en el que el polvo de nitruro de silicio se compacta a alta presión y alta temperatura. El material se coloca en una cámara presurizada con gas inerte, sometiendo al componente a una presión uniforme desde todos los lados de hasta 2000 bares mientras se calienta simultáneamente. Este método ayuda a eliminar cualquier porosidad o defecto residual durante el proceso de sinterización, lo que da como resultado un material con una densidad cercana a su máximo teórico. Aunque el HIP mejora notablemente las propiedades mecánicas, la durabilidad y la fiabilidad general del material, el elevado coste y la complejidad del proceso limitan su uso a aplicaciones muy especializadas.
Usos comunes
- Componentes para la industria aeroespacial y de defensa
- Aplicaciones de rodamientos de precisión, especialmente en entornos de alto rendimiento
- Equipos y componentes de plantas químicas e industriales
- Piezas del motor sometidas a desgaste extremo y estrés térmico
- Herramientas de fundición y componentes resistentes al desgaste
- Piezas de alto rendimiento para sistemas de ingeniería mecánica
- Componentes médicos que requieren alta resistencia y biocompatibilidad
El HMSN4000 se produce mediante un proceso de sinterización por sobrepresión de gas extruido, en el que el polvo de nitruro de silicio se mezcla con aditivos de sinterización, como itria, óxido de magnesio y/o alúmina, para facilitar la sinterización en fase líquida. Además, se incorporan aglutinantes para mejorar las propiedades mecánicas de la estructura cerámica verde. El proceso de extrusión ayuda a dar al material la forma deseada y, a continuación, las piezas se someten a sinterización por sobrepresión de gas en un entorno controlado. Este método garantiza una densidad uniforme y unas prestaciones mecánicas superiores, por lo que resulta ideal para aplicaciones de alto rendimiento.
Usos comunes
- Componentes de la industria aeroespacial
- Rodamientos utilizados en maquinaria de alto rendimiento
- Equipos para plantas químicas y procesos industriales
- Piezas resistentes al desgaste para motores
- Componentes utilizados en las operaciones de fundición
- Piezas para sistemas de ingeniería mecánica
- Componentes médicos para instrumentos de alta precisión
Mecanizado de cerámica de nitruro de silicio
El nitruro de silicio puede mecanizarse en estado verde, galleta o totalmente sinterizado, cada uno con propiedades de mecanizado diferentes. En estado verde o galleta, es más fácil darle formas complejas, pero el material se contrae unos 20% durante la sinterización, lo que afecta a la precisión dimensional. Para obtener tolerancias estrechas, el nitruro de silicio totalmente sinterizado debe mecanizarse con herramientas de diamante, un proceso preciso pero costoso debido a la dureza y tenacidad del material.
Métodos de mecanizado y consideraciones:
- Mecanizado en verde o galleta: Más fácil de mecanizar en formas complejas, pero carece de precisión dimensional final.
- Contracción por sinterización: El material se contrae aproximadamente 20% durante el proceso de sinterización, lo que afecta a las dimensiones posteriores a la sinterización.
- Tolerancias ajustadas: Para obtener dimensiones precisas, el material postsinterizado debe mecanizarse con herramientas de diamante.
- Rectificado con diamante: Esta técnica implica el uso de herramientas o ruedas recubiertas de diamante para desgastar el material y conseguir la forma deseada.
- Coste y tiempo: El mecanizado de nitruro de silicio totalmente denso es un proceso lento y costoso debido a la dureza y tenacidad del material.
Envases cerámicos de nitruro de silicio
Los productos cerámicos de nitruro de silicio suelen envasarse en bolsas selladas al vacío para evitar la humedad o la contaminación y se envuelven con espuma para amortiguar las vibraciones y los impactos durante el transporte, lo que garantiza la calidad de los productos en su estado original.
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