Det är just för att substrat tillverkade av avancerade keramiska material har prestanda som inte kan uppnås av traditionella kretskort (PCB), och tack vare framsteg inom tillverkningsteknik som gör dem överkomliga kan de möta kraven på långsiktig-tillförlitlighet och hög designflexibilitet i ett ökande antal applikationer, inklusive flyg-, försvars-, medicinska, bilsystem.
Specifikt, till skillnad från traditionella hartsbaserade-kretskort, är HIC:er beroende av keramiska substrat för att integrera sammankopplade funktionella komponenter och tillhandahålla förpackningar. De ärver fördelarna med keramiska material-värmebeständighet, korrosionsbeständighet, utmärkt hermeticitet och lång-stabilitet. Utöver deras initiala användning inom militär och rymd, är dessa egenskaper särskilt viktiga för tillväxtmarknader. Till exempel:
Rymdsatelliter: När de väl har skjutits upp är reparationer eller byte av delar omöjliga. PCB, som möter extrema temperaturfluktuationer i rymden, lider inte bara av lödfogsfel på grund av CTE (koefficient för värmeutvidgning) som inte överensstämmer med chips, utan även avgaser, åldras och förorenar eller skadar känsliga komponenter.
Hjärtpacemakers: När de väl har implanterats får de inte misslyckas och kan inte öppnas för reparation. Det komplexa i-kroppsmiljön, tillsammans med externa kollisioner och vibrationer, utgör risker. PCB:n avgas långsamt, ledningar korroderar lätt och lödfogar riskerar att spricka på grund av vibrationer eller yttre kraft- vilket gör dem oförmögna att motstå år av tillförlitlig drift.
Elfordon (EV) växelriktare: Kraftmoduler genererar betydande värme och måste motstå mekanisk påfrestning och vibrationer från både interna och externa källor. PCB har en värmeledningsförmåga på endast cirka 0,2–0,4 W/m·K och otillräcklig mekanisk hållfasthet. Alla fel kan leda till allvarliga trafikolyckor.
Ur substratmaterialens perspektiv:
Aluminiumoxid (Al₂O₃) erbjuder enastående kostnads-effektivitet och korrosionsbeständighet.
Zirkoniumoxid-härdad aluminiumoxid (ZTA) kan ses som en uppgraderad aluminiumoxid med förbättrad slaghållfasthet.
Aluminiumnitrid (AlN) har mycket högre värmeledningsförmåga än PCB och en låg CTE, vilket gör den särskilt lämplig för miljöer med kraftiga temperaturfluktuationer.
Kiselnitrid (Si₃N₄) balanserar mekaniska och termiska egenskaper och har även god termisk chockbeständighet, låga dielektriska förluster och en låg expansionskoefficient-som ofta hyllas som den-allartist.
Andra nischade keramiska substratmaterial inkluderar berylliumoxid (BeO), mullit (3Al2O3·2SiO2) och kiselkarbid (SiC). Var och en har betydande nackdelar men också unika egenskaper: BeO har hög värmeledningsförmåga men är giftig; mullit har en extremt låg dielektricitetskonstant men dålig värmeledningsförmåga; SiC erbjuder utmärkt övergripande prestanda men dess halvledande karaktär kan orsaka signalstörningar i integrerade kretsar. På grund av dessa begränsningar är sådana keramiska substrat nästan låsta i mycket små, anpassade applikationer.
Som den grundläggande plattformen för integrerade hybridkretsar genomgår keramiska substrat efterföljande processer som laserbearbetning för att skapa vior, spår och utskärningar, inklusive tillverkning av 3D-strukturer-som öppnar upp möjligheter för nya elektroniska enheter. Detta följs av metallisering (tjock film, tunn film) och sedan sambränningsteknik (HTCC, LTCC) som sintrar elektrodmaterial, substrat och elektroniska komponenter i ett enda steg för att uppnå hög integration.
HIC:er håller jämna steg med den växande efterfrågan på halvledarchips som drivs av konsumentelektronik, telekommunikation, AI-datacenter, fordonsindustrin (elfordon och fordonselektrifiering) och dekarboniseringstrenderna inom energisektorn (vind, sol). Detta innebär att marknaden för keramiska substrattillverkning och precisionsbearbetning också expanderar kontinuerligt.