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Sustratos cerámicos para módulos de potencia

Los sustratos cerámicos son materiales con propiedades térmicas, mecánicas y eléctricas únicas que los hacen ideales para aplicaciones exigentes de electrónica de potencia, generalmente utilizadas en módulos de potencia.
Las aplicaciones más recientes de los módulos de potencia, como los vehículos eléctricos (VE) y los vehículos eléctricos híbridos (VEH), requieren mayor voltaje y potencia en circuitos más pequeños, lo que requiere materiales capaces de proporcionar aislamiento de alto voltaje y disipar eficientemente el calor de dispositivos semiconductores densamente empaquetados, como los IGBT y los MOSFET. Los sustratos cerámicos DBC y AMB para módulos de potencia son componentes de conexión en los que se unen placas de cobre a cada superficie de una placa cerámica. Estos sustratos cerámicos presentan una alta conductividad térmica, una excelente conductividad eléctrica y un alto aislamiento. La alta conductividad eléctrica del cobre soporta altas corrientes; las excelentes propiedades dieléctricas de los sustratos cerámicos permiten el alto aislamiento necesario para los circuitos densamente empaquetados en los módulos de potencia. El CTE de los sustratos cerámicos se alinea mejor con el de las pistas metálicas del sustrato y los componentes soldados a él. Esto ayuda a minimizar las tensiones que pueden provocar fracturas en los componentes y las uniones soldadas.
Los sustratos cerámicos consisten en capas de cobre sobre las placas cerámicas y posteriormente se graban con el patrón del circuito. Los materiales cerámicos incluyen alúmina, nitruro de aluminio y nitruro de silicio. El cobre se une a la cerámica mediante diferentes métodos, como el cobre de unión directa (DBC), el cobre de recubrimiento directo (DPC) o los procesos de soldadura fuerte activa (AMB). Comparación de materiales:

1. Sustratos de óxido de aluminio
El material más rentable y de mejor rendimiento
Menor conductividad térmica

2. Sustratos de nitruro de aluminio
Alta conductividad térmica: 170 W/mK
CET (coeficiente de expansión térmica) muy similar al del silicio
Alta resistencia a la flexión

3. Sustratos de nitruro de silicio
Buena resistencia a la flexión
Excelente tenacidad a la fractura
Buena conductividad térmica

Explorando las capacidades de gestión térmica de los sustratos de circuitos cerámicos

Con el continuo desarrollo y avance de los dispositivos electrónicos, la alta densidad de potencia y las altas temperaturas se han convertido en uno de los principales desafíos que enfrentan los sistemas electrónicos modernos. La gestión térmica es un factor clave para mantener la fiabilidad y la estabilidad del rendimiento de los dispositivos electrónicos. En este sentido, este artículo explorará las capacidades de gestión térmica de los sustratos cerámicos para circuitos, presentará sus aplicaciones en entornos de alta temperatura y analizará los avances y soluciones tecnológicas relacionados.

Conductividad térmica de los sustratos cerámicos para circuitos:

Los materiales cerámicos presentan una buena conductividad térmica. En comparación, los materiales de sustrato orgánicos tradicionales presentan una conductividad térmica baja. Los materiales comunes para sustratos de circuitos cerámicos, como el nitruro de aluminio (AlN) y el nitruro de silicio (Si₃N₄), presentan una alta conductividad térmica, de 170-200 W/(m·K) y 80-140 W/(m·K) respectivamente. Esto permite que la placa de circuito cerámico disipe el calor con mayor eficacia, mejorando así su capacidad de gestión térmica. (INNOVACERA ofrece una variedad de materiales para sustratos cerámicos de alta calidad).

Transferencia térmica y diseño térmico:

En aplicaciones de alta densidad de potencia, la transferencia térmica y el diseño térmico son cruciales. Las propiedades de conductividad térmica de los sustratos cerámicos para circuitos ofrecen a los diseñadores mayor flexibilidad y posibilidades. Mediante un diseño de disipación de calor razonable, como la adición de disipadores o vías térmicas, se puede mejorar eficazmente la gestión térmica de los sustratos cerámicos para circuitos, transferir rápidamente el calor al entorno y reducir la temperatura de los componentes electrónicos.
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Aplicación en entornos de alta temperatura:

Los sustratos cerámicos para circuitos ofrecen un excelente rendimiento en entornos de alta temperatura. Su alto punto de fusión y su excelente estabilidad térmica les permiten soportar operaciones a alta temperatura y mantener un bajo coeficiente de expansión térmica. Esto los convierte en ideales para diversas aplicaciones en entornos de alta temperatura, como la industria aeroespacial, la energía, la electrónica automotriz y la electrónica de potencia. En estas aplicaciones, las placas de circuitos cerámicos proporcionan un funcionamiento estable y una excelente gestión térmica para garantizar la fiabilidad y el rendimiento del sistema.
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Avances tecnológicos y soluciones:

Para mejorar aún más la capacidad de gestión térmica de los sustratos de circuitos cerámicos, los investigadores continúan explorando nuevas tecnologías y soluciones. A continuación, se presentan algunos avances tecnológicos comunes:
A. Materiales que mejoran la transferencia de calor: Al añadir materiales que mejoran la transferencia de calor, como sondas metálicas o nanopines, se puede mejorar la conductividad térmica del sustrato de circuitos cerámicos, optimizando así su capacidad de gestión térmica.
B. Materiales de interfaz térmica: La selección y aplicación de materiales de interfaz térmica es fundamental para optimizar la gestión térmica. Los materiales de interfaz térmica con alta conductividad térmica pueden mejorar la eficiencia de la transferencia de calor, reducir la resistencia térmica y mejorar la capacidad de gestión térmica.
C. Simulación y herramientas de simulación: El uso de herramientas de simulación térmica, como el análisis de elementos finitos (FEA) y la dinámica de fluidos computacional (CFD), puede ayudar a los diseñadores a evaluar y optimizar el rendimiento de la gestión térmica de los sustratos de circuitos cerámicos y a proporcionar una solución de diseño térmico precisa. Conclusión: Los sustratos cerámicos para circuitos muestran un gran potencial en la gestión térmica gracias a su excelente conductividad y estabilidad térmica. Gracias a un diseño de disipación de calor adecuado y a la aplicación de materiales que mejoran la conductividad térmica, la disipación y la capacidad de disipación de calor de los sustratos cerámicos para circuitos pueden mantener la fiabilidad y la estabilidad del rendimiento de los equipos electrónicos. En entornos de alta temperatura, el excelente rendimiento de los sustratos cerámicos para circuitos se ha convertido en la opción ideal para diversos campos de aplicación. Gracias al continuo avance tecnológico y a la investigación exhaustiva, se mejorarán aún más las capacidades de gestión térmica de los sustratos cerámicos para circuitos, proporcionando soluciones más fiables para los futuros sistemas electrónicos de alta densidad y alto rendimiento. Si necesita sustratos cerámicos, disipadores de calor cerámicos, etc., no dude en contactarnos. INNOVACERA no solo cuenta con una amplia gama de materiales cerámicos, sino que también es competente en diversas técnicas de procesamiento, como DBC, DPC y AMB.

Aplicaciones típicas de piezas cerámicas de nitruro de aluminio

En comparación con otros materiales cerámicos, el AlN tiene un coeficiente de expansión térmica similar al del silicio y una excelente conductividad térmica, lo que lo hace más adecuado para su uso en la industria electrónica. Las propiedades del material cerámico de nitruro de aluminio son las siguientes.

Propiedades	Unidad	Valor
Color	–	Gris oscuro
Contenido principal	%	96% ALN
Densidad aparente	g/cm³	3,335
Absorción de agua	%	0
Resistencia a la flexión	MPa	382,7
Constante dieléctrica	MHz	8,56
Coeficiente de expansión térmica lineal	/℃, 5 ℃/min, 20~300 ℃	2.805×10-6
Conductividad térmica	30 grados Celsius	≥170
Durabilidad química	mg/cm²	0.97
Resistencia al impacto térmico	–	Sin grietas
Resistividad volumétrica	20 grados Celsius (Ω·cm)	1,4 x 10¹¹
Resistencia dieléctrica	KV/mm	18,45
Rugosidad superficial Ra	μm	0,3-0,5
Curvatura	Longitud ‰	≤2

El nitruro de aluminio también se puede utilizar en intercambiadores de calor, crisoles, tubos protectores, moldes de fundición, cerámicas y películas piezoeléctricas, rellenos termoconductores, etc. A continuación, se presentan algunas aplicaciones de los componentes cerámicos de nitruro de aluminio.

1. Sustrato de disipación de calor y encapsulado de dispositivos electrónicos

Los sustratos de disipación de calor y el encapsulado de dispositivos electrónicos son las principales aplicaciones de la cerámica de AlN. La cerámica de nitruro de aluminio presenta una excelente conductividad térmica, un coeficiente de expansión térmica cercano al del silicio, alta resistencia mecánica, buena estabilidad química, es ecológica y no tóxica. Se considera un material ideal para una nueva generación de sustratos de disipación de calor y encapsulado de dispositivos electrónicos, y es muy adecuada para interruptores de potencia híbridos. Es un material para encapsulados y carcasas de tubos de vacío de microondas, y también es ideal para sustratos de circuitos integrados a gran escala.
… 2. Cerámica estructural
Los platos electrostáticos para el procesamiento de obleas son una aplicación común de la cerámica estructural. La cerámica estructural de nitruro de aluminio presenta buenas propiedades mecánicas, alta dureza, mayor tenacidad que la cerámica de Al₂O₃ y es resistente a altas temperaturas y a la corrosión. Aprovechando la resistencia al calor y a la corrosión de la cerámica de Al₁₂, se puede utilizar para fabricar piezas resistentes a la corrosión a altas temperaturas, como crisoles, platos de evaporación de Al y platos electrostáticos para semiconductores.

3. Materiales funcionales
El nitruro de aluminio se puede utilizar para fabricar dispositivos de alta frecuencia y alta potencia que pueden utilizarse a altas temperaturas o en entornos con cierta radiación, como dispositivos electrónicos de alta potencia, memorias de estado sólido de alta densidad, etc. Como uno de los materiales semiconductores de tercera generación, el nitruro de aluminio posee excelentes propiedades, como una amplia banda prohibida, alta conductividad térmica, alta resistividad, buena transmitancia ultravioleta y alta intensidad de campo de ruptura. El AlN tiene un ancho de banda de 6,2 eV y una fuerte polarización. Se utiliza en maquinaria, microelectrónica, óptica, fabricación de dispositivos de ondas acústicas de superficie (SAW), comunicaciones de banda ancha de alta frecuencia y otros campos, como la cerámica piezoeléctrica de nitruro de aluminio y películas, entre otros. Además, la cerámica de AlN de alta pureza es transparente y posee excelentes propiedades ópticas. En combinación con sus propiedades eléctricas, se puede utilizar para fabricar dispositivos funcionales como deflectores infrarrojos y sensores.

4. Materiales inertes resistentes al calor

Como material resistente al calor, el AlN se puede utilizar en crisoles, tubos protectores, moldes de colada, etc. El nitruro de aluminio mantiene un rendimiento estable en una atmósfera no oxidante a 2000 °C. Es un excelente material refractario de alta temperatura y posee una gran resistencia.Resistencia a la erosión del metal fundido.

5. Componentes de intercambio térmico

Las cerámicas de nitruro de aluminio presentan alta conductividad térmica, bajo coeficiente de expansión térmica, excelente eficiencia de conductividad térmica y resistencia al choque térmico. Se pueden utilizar como materiales ideales para la resistencia al choque térmico y el intercambio de calor. Por ejemplo, las cerámicas de nitruro de aluminio se pueden utilizar como materiales de intercambio de calor para turbinas de gas marinas y componentes resistentes al calor de motores de combustión interna. Gracias a la excelente conductividad térmica del material de nitruro de aluminio, la capacidad de transferencia de calor del intercambiador de calor se mejora eficazmente.

Envases cerámicos para sistemas microelectromecánicos (MEMS): Soluciones para entornos hostiles

A diferencia de los dispositivos monofuncionales fabricados mediante técnicas de fabricación tradicionales, los sistemas microelectromecánicos (MEMS) son sistemas electromecánicos controlables de tamaño micrométrico que integran estructuras micromecánicas, sensores, actuadores y componentes electrónicos. Este tipo de producto ofrece numerosas ventajas, como su pequeño tamaño, peso ligero, bajo coste, bajo consumo de energía, alta fiabilidad, producción en masa, fácil integración e implementación inteligente. Esto también significa que la encapsulación no solo protege los componentes microelectrónicos internos de impurezas externas, sino que también proporciona un entorno físico estable y controlable para la estructura interna. Los diferentes tipos de productos MEMS tienen sus propios procesos de fabricación y formas de envasado específicas. Los envases cerámicos, gracias a su excelente hermeticidad, sus excelentes propiedades termomecánicas, su aislamiento y su estabilidad térmica, generalmente ofrecen un mejor rendimiento integral para proporcionar una protección fiable a largo plazo en comparación con los envases de metal o plástico.

Materiales de embalaje cerámicos de uso común y sus características

Óxido de aluminio (Al₂O₃): Bajo coste, excelentes propiedades de aislamiento, comúnmente utilizado en sustratos de sensores y carcasas de embalaje.

Este es el material de embalaje cerámico más utilizado y tecnológicamente avanzado. Sus ventajas residen en su excelente rendimiento integral y su coste de fabricación relativamente bajo. Su alta resistividad (hasta 10¹⁴ Ω·cm) y su alta rigidez dieléctrica también garantizan excelentes propiedades de aislamiento eléctrico. Sin embargo, su conductividad térmica es relativamente inferior a la del nitruro de aluminio y no es adecuado para entornos con densidades de potencia extremadamente altas.

Nitruro de aluminio (AlN): Alta conductividad térmica, ideal para el encapsulado de disipación de calor de dispositivos MEMS de alta potencia.

Su conductividad térmica puede alcanzar entre 170 y 200 W/m·K, varias veces superior a la de la alúmina. Además, su coeficiente de expansión térmica es muy similar al de los chips de silicio. Esto puede reducir significativamente la tensión térmica generada por el encapsulado del chip cuando cambia la temperatura, mejorando así la vida útil y la estabilidad del dispositivo en entornos con temperaturas extremas. Por lo tanto, se encuentra comúnmente en el encapsulado de LED de alta potencia, sistemas lidar, chips informáticos de alto rendimiento y sensores MEMS de nivel táctico.

Nitruro de silicio (Si₃N₄): Alta resistencia y resistencia química, ideal para MEMS en entornos hostiles.

La ventaja reside en sus excelentes propiedades mecánicas integrales, especialmente su altísima tenacidad a la fractura y resistencia a la flexión, que proporcionan una protección inigualable contra impactos y vibraciones a las sensibles estructuras MEMS. Sin embargo, su coste de fabricación es superior al de la alúmina. Suele aplicarse en entornos con requisitos extremadamente altos de fiabilidad y resistencia mecánica, más que en productos electrónicos de consumo con precios competitivos.

Formas y procesos de envasado cerámico

Cerámica de co-cocción (LTCC/HTCC): Adecuada para la producción en masa y con capacidad de cableado integrado.

Este proceso combina múltiples capas de porcelana cruda con circuitos metálicos y realiza una co-cocción a alta temperatura simultáneamente, lo que da como resultado un conjunto hermético que contiene complejas estructuras de interconexión tridimensionales. No solo facilita la producción en masa para reducir costes, sino que también permite el cableado de alta densidad y la integración de componentes pasivos (resistencias, condensadores, inductores), mejorando así la integración y el nivel de miniaturización de los dispositivos MEMS.

Envase hermético: Basado en un sustrato cerámico, logra estabilidad a largo plazo mediante metalización y soldadura fuerte de vidrio/soldadura láser.

Esta estructura es clave para garantizar la fiabilidad a largo plazo de los dispositivos MEMS (como giroscopios y resonadores). Se somete a un tratamiento de metalización sobre un sustrato cerámico para formar un anillo de sellado, que posteriormente se fusiona con la placa de cubierta mediante soldadura fuerte de vidrio o soldadura láser. Esto crea un entorno interno inerte o de vacío que aísla la humedad y los contaminantes, garantizando así el rendimiento estable de microestructuras sensibles durante un uso prolongado.

Envase cerámico de microcanales: Diseño de canal integrado para sensores MEMS de fluidos y de gas.

Mediante técnicas de procesamiento de precisión como la ablación láser y el apilamiento de recubrimiento en solución, los canales microfluídicos se fabrican directamente dentro del sustrato cerámico. Este proceso de encapsulación es esencial para realizar dispositivos MEMS funcionales como controladores microfluídicos, biochips y sensores de gas, ya que permite la interacción controlada entre el fluido de trabajo y el canal de detección.ip.

Ejemplos de aplicación

1. Giroscopio y acelerómetro MEMS: Utilizados en la industria aeroespacial y la conducción autónoma
El sensor inercial requiere que el bloque interno de micromasa se mueva en un entorno de vacío para evitar la influencia de la amortiguación del aire en la sensibilidad de la señal, logrando así una precisión de detección extremadamente alta. El sello cerámico de gas garantiza la estabilidad a largo plazo del entorno de vacío interno y es el elemento esencial que garantiza su alta precisión y fiabilidad.

2. Sensor de presión MEMS: Utilizado en compartimentos de motor de automóviles y en la monitorización de pozos petrolíferos

En entornos extremos, como alta temperatura, alta presión y medios corrosivos, el encapsulado cerámico puede servir como capa de aislamiento mecánico, evitando que la tensión externa actúe directamente sobre los sensibles chips de silicio. Al mismo tiempo, su propiedad de resistencia a la corrosión le permite entrar en contacto directo con medios agresivos, lo que garantiza la precisión de la señal de salida.

3. Conmutadores y filtros MEMS de RF: Para comunicaciones 5G/6G y sistemas de radar
Estos dispositivos son extremadamente sensibles a las señales de alta frecuencia y requieren un entorno de trabajo estable. Un empaquetado inadecuado puede degradar gravemente el valor Q y la pérdida de inserción de los dispositivos. El empaquetado cerámico (como el LTCC) ofrece rutas de transmisión con bajas pérdidas, excelentes capacidades de gestión térmica y permite la integración de múltiples componentes pasivos (como inductores y condensadores) en el sustrato, lo que facilita la miniaturización del empaquetado a nivel de sistema.

El empaquetado cerámico en los sistemas MEMS no es solo una simple carcasa protectora. Desempeña un papel crucial para garantizar la estabilidad y la fiabilidad a largo plazo de los dispositivos en entornos hostiles, y puede crear un entorno interno de alta calidad para que los dispositivos MEMS sobrevivan y funcionen.

¿Cuáles son los tipos de tubos láser de CO2?

Los tubos láser que se suelen utilizar en las máquinas láser de CO2 se clasifican en tubos de vidrio de CC, tubos metálicos de RF y tubos cerámicos. Profundicemos en algunos aspectos clave de estos tres tipos comunes para que pueda elegir el más adecuado para sus máquinas.

1. Tubos láser de vidrio

Los tubos láser de vidrio son tubos cilíndricos de vidrio que se utilizan como medio para generar rayos láser. Pueden presentarse en diversos tamaños y formas, según la aplicación específica y los requisitos de potencia. El vidrio es un mal conductor térmico, por lo que se requiere agua circulante para facilitar la disipación del calor. Por lo tanto, casi todos los tubos de vidrio requieren refrigeración por agua; sin un sistema de refrigeración por agua, un tubo láser de vidrio se sobrecalentaría y quedaría inoperativo.
Los tubos láser de CO2 de vidrio utilizan corriente continua (CC) para excitar el dióxido de carbono. Las máquinas con tubos de CC se utilizan principalmente para materiales no metálicos, como acrílico, madera, cuero, plástico, papel o bambú.

2. Tubos láser metálicos

Los tubos láser metálicos son cámaras metálicas selladas, hechas de metal y cerámica, que contienen la mezcla de gases láser. Se refrigeran por aire y su gas se excita mediante corriente alterna (RF) de radiofrecuencia. Para regular adecuadamente la temperatura, solo se necesitan ventiladores, integrados directamente en las máquinas láser.
El metal suele ser acero inoxidable u otras aleaciones resistentes, y la cerámica suele ser alúmina. Se sueldan para formar una alimentación de hasta 1,0 x 10⁻⁴ atm-cc/s. En conclusión, los tubos láser metálicos son componentes cruciales de los sistemas industriales de corte láser. Proporcionan la potencia y el control necesarios para generar rayos láser para aplicaciones de corte, marcado y soldadura de metales. Ya sea con tecnología láser de CO₂ o de fibra, estos tubos permiten un procesamiento preciso y eficiente de diversos materiales metálicos.

3. Tubos con núcleo cerámico

El núcleo cerámico se fabrica fusionando dos mitades a 800 °C. Los láseres de CO2 han evolucionado desde diseños de alto voltaje con tubos de vidrio hasta la tecnología de electrodos de radiofrecuencia con tubos metálicos. Sin embargo, recientemente, es común que los fabricantes de láseres de CO2 utilicen núcleos cerámicos puros en sus tubos láser. Ventajas y desventajas de los diferentes tubos láser:

	Tubos láser de vidrio	Tubos láser de metal	Tubos con núcleo cerámico
Ventaja	Menor costo	1. Mayor calidad y velocidad de grabado. 2. Menor costo de mantenimiento. 3. Durabilidad: de 4 a 5 veces más que los tubos de vidrio.	El gas no se contamina ni se fuga.
Desventaja	Los tubos requieren reemplazo frecuente y tienen una vida útil corta.	Mayor costo	1. Mayor costo 2. Mantenimiento difícil 3. En comparación con un láser sellado con metal, otra desventaja de los láseres con núcleo cerámico es su menor conductividad térmica relativa.

Cerámica de zirconio utilizada en un caso de aplicación médica

La cerámica de zirconio (ZrO₂) posee propiedades físicas, químicas y biológicas excepcionales, lo que la convierte en un material ideal para diversas aplicaciones médicas. A continuación, se resumen sus propiedades principales y aplicaciones típicas.

1. Excelente biocompatibilidad

No tóxica ni alergénica: La zirconio no produce reacciones de rechazo en los tejidos humanos ni libera iones nocivos, a diferencia de ciertas aleaciones metálicas como el níquel-cromo.

Químicamente inerte y estable: No se corroe ni se degrada en el entorno fisiológico (más fiable que los materiales absorbibles), lo que permite una implantación segura a largo plazo en el cuerpo humano.

Caso de aplicación:
La incidencia de inflamación tisular alrededor de los implantes de zirconio es un 60 % menor que alrededor de los implantes de aleación de titanio en aplicaciones dentales.

2. Ventajas del rendimiento mecánico

Características	Valor	Importancia médica
Resistencia a la flexión	900–1200 MPa	Resistencia al funcionamiento a alta frecuencia de instrumentos quirúrgicos
Dureza (Vickers)	1200–1400 HV	Mantiene el filo de las herramientas quirúrgicas (p. ej., cuchillas quirúrgicas)
Módulo elástico	200–210 GPa	Similar al hueso, reduce la protección contra la tensión en implantes ortopédicos

Casos de aplicación:

Cabeza femoral de articulación de cadera artificial (desgaste <0,1 mm/año)

Fórceps quirúrgicos mínimamente invasivos (vida útil tres veces mayor que la del acero inoxidable)

3. Estabilidad química

Resistencia a la corrosión: Excelente resistencia a fluidos corporales y desinfectantes como peróxido de hidrógeno y óxido de etileno.

Estabilidad a altas temperaturas: Se puede utilizar con seguridad en esterilización a 134 °C, con un rendimiento superior al de los instrumentos basados en polímeros.

Caso de aplicación:
Se utiliza en instrumentos quirúrgicos laparoscópicos y robóticos, como electrodos y fórceps quirúrgicos, donde la resistencia a la corrosión y el aislamiento minimizan la adhesión tisular y mejoran la precisión quirúrgica.

Los instrumentos laparoscópicos no muestran degradación de su rendimiento después de 500 ciclos de esterilización.

4. Propiedades funcionales

Aislamiento eléctrico: Adecuado para bisturíes electroquirúrgicos de alta frecuencia y cabezales de cuchillas ultrasónicas para evitar fugas de corriente.

Baja conductividad térmica: Reduce el daño térmico a los tejidos circundantes durante procedimientos quirúrgicos con energía.

Modificación de la superficie: El pulido (Ra < 0,05 μm) o el recubrimiento pueden reducir la adhesión bacteriana hasta en un 70 %.

Caso de aplicación:
En bisturíes electroquirúrgicos de alta frecuencia y cabezales de bisturí ultrasónicos, el aislamiento y la resistencia a altas temperaturas del zirconio optimizan el rendimiento del dispositivo y minimizan el daño térmico a los tejidos.

Las aplicaciones y características del nitruro de aluminio son excepcionales y su demanda está creciendo.

El nitruro de aluminio es un compuesto unido covalentemente con una estructura de brazingita hexagonal. El nitruro de aluminio presenta las siguientes excelentes características:

Excelente conductividad térmica
Aislamiento eléctrico fiable
Baja constante dieléctrica
Pérdida dieléctrica
No tóxico
Tiene un coeficiente de expansión térmica similar al del silicio.

El nitruro de aluminio se ha convertido en un material de gran interés en el sector de la electrónica debido a su excelente conductividad térmica y su coeficiente de expansión térmica similar al del silicio. El material ALN no solo es ideal para sustratos de disipación de calor de nueva generación y encapsulados de dispositivos electrónicos, sino que también se puede utilizar en intercambiadores de calor, cerámicas y películas piezoeléctricas, rellenos termoconductores, etc., con amplias posibilidades de aplicación.
La estructura cristalina del AlN determina su excelente conductividad térmica y propiedades aislantes. Según el estudio «Investigación sobre la fundición en cinta y las propiedades del cuerpo sinterizado de cerámicas de nitruro de aluminio«, debido al bajo peso atómico de los dos elementos que componen la molécula de AlN, la estructura cristalina es relativamente simple y presenta buena armonicidad. El enlace Al-N formado tiene una longitud de enlace corta, una energía de enlace alta y la resonancia del enlace covalente favorece el mecanismo de transferencia de calor por fonones, lo que hace que el AlN sea superior a los materiales no metálicos en cuanto a conductividad térmica. Además, el AlN presenta un alto punto de fusión, alta dureza y conductividad térmica, así como mejores propiedades dieléctricas. Según el estudio «Nuevos avances en la investigación sobre los factores que afectan la conductividad térmica y la resistencia a la flexión de las cerámicas de AlN», el AlN ha recibido gran atención debido a su alto coeficiente de expansión térmica similar al del silicio, mientras que materiales de sustrato tradicionales como el Al₂O₃ se han utilizado ampliamente debido a su conductividad térmica. Su coeficiente es bajo, aproximadamente 1/5 del de las cerámicas de AlN, y su coeficiente de expansión lineal no coincide con el del silicio, lo que ya no satisface las necesidades actuales. Las conductividades térmicas de los sustratos cerámicos de BeO y SiC también son relativamente altas, pero el SiC presenta un aislamiento deficiente. Como nuevo tipo de material cerámico altamente conductor, se espera que el AlN se convierta en un excelente material para reemplazar al Al₂O₃, el SiC y el BeO como sustratos cerámicos en la industria electrónica.

Propiedades	Unidades	ALN	AL2O3	BEO	SIC
Densidad	g/cm3	3,26	3,6	2,85	3,12
	MPa	300-500	300-400	170-250	350-450
Calor específico	J/(g·K)	0,75	0,75	1,046	–
	W/(m·K)	170-220	20-35	220-270	50-270
Resistividad (20 °C)	Ω·cm	8,8	9,3	6,7	40
Dureza Mohs	Gpa	9	9	9	9,2-9,5

Los mercados de semiconductores y de nuevas energías estimulan considerablemente el crecimiento de la demanda de AlN.
La cerámica de nitruro de aluminio se ha utilizado ampliamente en numerosos campos civiles y militares debido a sus excelentes propiedades en diversos aspectos. La llegada de la era del 5G, la era de los vehículos de nuevas energías y la era de la inteligencia artificial han generado una mayor demanda de cerámica de nitruro de aluminio en diversas aplicaciones, como sustratos de disipación de calor y encapsulados de dispositivos electrónicos.
El mercado mundial de sustratos cerámicos está en auge y su tamaño crece de forma constante. Los materiales cerámicos de AlN se pueden utilizar como materiales de sustrato revestidos de cobre, materiales de empaquetado electrónico, materiales de empaquetado de dispositivos de temperatura ultraalta, materiales de plataforma de dispositivos de alta potencia, materiales de dispositivos de alta frecuencia, materiales de película de sensores, materiales de dispositivos electrónicos ópticos, recubrimientos y materiales de mejora funcional, etc. Según el informe de Maxmize Market Research, se espera que el tamaño del mercado global de sustratos cerámicos alcance los US$10.96 mil millones en 2029, con un crecimiento anual promediotasa de crecimiento de aproximadamente 6,57%.

Por qué los tubos láser de CO2 de metal y cerámica son los más elegidos para láseres de CO2 de alto rendimiento

Los tubos láser que se utilizan habitualmente en las máquinas láser de CO2 se clasifican en tubos de vidrio de CC, tubos metálicos de RF y tubos cerámicos. Sin embargo, los láseres sellados con metal son la tecnología más probada en el mercado para láseres de CO2 de alto rendimiento.

Los tubos láser metálicos son cámaras metálicas selladas hechas de metal y cerámica. El metal suele ser acero inoxidable u otras aleaciones resistentes, mientras que la cerámica suele ser alúmina. Se sueldan para formar un paso de hasta 1,0 x 10⁻⁴ atm-cc/s. El tubo se llena con una mezcla específica de gases en una proporción de 1:1:8, típicamente: dióxido de carbono (CO₂), nitrógeno (N₂) y helio (He). Los tubos láser de metal y cerámica utilizan una técnica llamada «radiofrecuencia» para estimular los gases y producir el haz. El uso de radiofrecuencia ofrece ventajas sobre el voltaje de CC, como un menor consumo de energía, un mejor control del proceso de grabado y una mayor vida útil, lo que resulta en una salida de haz láser de mayor calidad durante un período más prolongado. Las fuentes láser de metal y cerámica pueden refrigerarse por aire o por agua, según la potencia del láser. La mayoría de las potencias de 30 a 120 vatios se refrigeran por aire.

En conclusión, los tubos láser de metal son componentes cruciales de los sistemas industriales de corte láser. Proporcionan la potencia y el control necesarios para generar haces láser para aplicaciones de corte, marcado y soldadura de metales. En la tecnología láser de CO₂, estos tubos permiten un procesamiento preciso y eficiente de diversos materiales metálicos. Ventajas de los tubos de RF:
1. Calidad y velocidad de grabado: Los tubos de RF producen un haz láser con puntos más pequeños, lo que permite un grabado más detallado. Dado que los tubos de RF pueden pulsar el haz a mayor velocidad, la velocidad de grabado también es mayor en las máquinas equipadas con tubos de RF.
2. Durabilidad: Todos los tubos se degradan con el tiempo, pero los de RF se degradan a un ritmo más lento. Es común que los tubos de RF duren hasta 4 o 5 veces más que los de CC. Además, los tubos de RF son recargables.
3. Menor mantenimiento
Innovacera fabrica una amplia gama de tubos láser de metal y cerámica para máquinas de CO2. No dude en contactarme y nos gustaría hablar con usted sobre tubos láser.

Cerámica de zirconio estabilizada con magnesio: para temperaturas ultraaltas

Introducción
La zirconia estabilizada con magnesia (MSZ) es un excelente material refractario y aislante gracias a su alta conductividad de iones de oxígeno, alta resistencia y tenacidad, y buena resistencia al choque térmico. Presenta una fusión limpia a temperaturas superiores a 1900 °C y está especialmente fabricada para fundir superaleaciones y metales preciosos. Su resistencia al choque térmico alcanza temperaturas de hasta 2200 °C.

Características principales:

Alta resistencia al choque térmico
Alta resistencia al desgaste y a la erosión
Resistencia a la corrosión del metal a altas temperaturas
Excelentes características de no humectación
Alta resistencia
Larga vida útil
La combinación de estabilizadores y granos se puede diseñar según el entorno de uso del cliente.

Temperatura de aplicación: 0 °C-2200 °C
Entorno aplicable: Protección de aire, vacío o atmósfera

Campo de aplicación:

Control de flujo de fusión a alta temperatura
-Boquilla de dimensionamiento, panel de patín de cuchara, placa y anillo deslizante de bloqueo de escoria del convertidor, etc.
Fabricación de vidrio especial
-Cerámica de gran tamaño con alto contenido de zirconio y alúmina, etc.
Industria de polvos metálicos
-Placa de asentamiento, boquilla de atomización de gas, etc.
Industria de fundición de metales preciosos
-Crisoles cerámicos, etc.
Campo de temperatura de cerámica de cristal artificial/láser
-Campo de temperatura de cerámica de solución sólida de óxido compuesto de tierras raras, etc.

Indicadores técnicos:

Indicadores	Artículo	Unidades	MSZ-H	MSZ-L	Personalizado
Composición principal	ZrO2	%	≥95	≥95	60-95
	Al₂O₃	%	≤0.2		0,2-20
	SiO2	%	≤0,4		0,2-1
	MgO	%	≤2,9		MgO/Y₂O₃
	Fe₂O₃	%	≤0,1	≤0,1	0,1-0,3
	TiO2	%	≤0,1	≤0.1	0.1-1.0
Físico	Color	–	Amarillo	Amarillo	Amarillo/Blanco
	Densidad	g/cm³	≤5.2	5.4-5.60	4.6-5.6
	Porosidad	%	≤18.5	≤8	1-18.5
Los estabilizadores, la combinación de granos y la porosidad se pueden diseñar según el entorno de uso del cliente.

¿Cuáles son los métodos para unir cerámica con otros metales?

La unión de cerámica con otros materiales, también conocida como unión cerámica-metal o cerámica-polímero, ha sido un área de amplia investigación e innovación. Ingenieros y científicos han estado explorando diversas técnicas para unir eficazmente la cerámica, conocida por su alta resistencia a la temperatura y dureza, con otros materiales como metales o polímeros para crear componentes más resistentes y versátiles.

Algunos de los métodos comunes utilizados para unir cerámica con otros materiales incluyen:

1. Atornillado: Se utiliza para uniones sujetas a fuertes impactos, como en mecanismos de máquinas.

2. Ajuste por contracción: Debido a la mayor resistencia a la compresión y la menor expansión térmica de la cerámica, se utiliza para reforzar tuberías cerámicas sometidas a presión interna.

3. Moldeo de resina: Las piezas cerámicas se insertan y se moldean en las formas deseadas. Es posible un diseño sencillo.
4. Soldadura fuerte: Un método típico para sellar cerámica y metal. Se utiliza pasta de molibdeno-manganeso mientras se cuece una película metálica sobre la superficie de la cerámica. La película formada se une al metal mediante soldadura fuerte a alta temperatura.

5. Unión adhesiva: Uso de adhesivos o agentes adhesivos para unir cerámicas a metales o polímeros. Los adhesivos especializados están diseñados para soportar altas temperaturas y proporcionar una fuerte adhesión entre materiales diferentes.

La unión exitosa de cerámica con otros materiales tiene numerosas aplicaciones en diversas industrias. Por ejemplo, en la industria aeroespacial, estas técnicas se utilizan para crear componentes de alto rendimiento que soportan condiciones extremas. En electrónica, la unión de cerámica con metales permite la creación de circuitos avanzados. Las aplicaciones biomédicas también se benefician de estos avances, ya que permiten crear implantes duraderos y biocompatibles.
Los recientes avances en la ciencia e ingeniería de materiales han impulsado mejoras en las técnicas de unión, lo que permite uniones más resistentes y una mayor variedad de aplicaciones para los materiales cerámicos en diversas industrias.
En Innovacera, podemos manejar la mayoría de las uniones cerámicas. Para obtener más información sobre la unión de cerámica con el diseño y fabricación de otros materiales, no dude en contactarnos directamente.

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