Ciri-ciri Fungsian dan Aplikasi Seramik Penebat Elektronik
Seramik penebat elektronik, juga dikenali sebagai seramik penebat atau penebat seramik frekuensi tinggi, memainkan peranan penting dalam sistem elektrik dan elektronik moden. Seramik ini digunakan terutamanya untuk mengasingkan konduktor secara fizikal, menghalang kebocoran arus yang tidak diingini yang boleh mengganggu kefungsian litar atau menyebabkan kegagalan sistem sepenuhnya. Di luar penebat elektrik, seramik ini menyediakan sokongan mekanikal yang penting, pelesapan haba, dan perlindungan alam sekitar untuk komponen litar.
Tidak seperti bahan biasa, penebat seramik elektronik mengekalkan sifat dielektrik, mekanikal dan kimianya walaupun di bawah suhu tinggi, memastikan kebolehpercayaan jangka panjang dalam persekitaran yang mencabar.
Fungsi Utama Penebat Seramik Elektronik
Dalam industri elektronik, seramik penebat digunakan secara meluas dalam pelbagai produk, termasuk:
▶ Substrat dan bahan pembungkus untuk litar elektronik
▶ Soket dan penyambung tiub untuk tiub vakum dan palam frekuensi tinggi
▶ Tukar komponen, penyokong perapi, papan terminal dan pembentuk gegelung
▶ Tiub pelindung dan lengan penebat seramik untuk peranti vakum, termostat dan geganti
Fungsi mereka melangkaui penebat untuk memasukkan pemasangan, penetapan, sokongan struktur dan ketersambungan elektrik. Sebagai contoh, dalam kenderaan elektrik (EV), seramik penebat alumina dengan pengedap logam digunakan dalam geganti, fius, penyambung bateri dan banyak lagi.
Jenis dan Sifat Seramik Elektronik Penebat
Berdasarkan komposisi kimia, seramik penebat boleh dibahagikan kepada dua kategori utama:
Seramik Penebat Oksida:seperti seramik alumina, seramik talkum, seramik forsterite, dan seramik berilium oksida
Seramik Penebat bukan oksida:termasuk aluminium nitrida, boron nitrida, dan silikon nitrida
Untuk berfungsi dengan berkesan sebagai penebat seramik elektronik, bahan mesti menunjukkan sifat penting berikut:
| Harta benda | Keperluan |
| Kekuatan dielektrik yang tinggi | Menahan voltan tinggi |
| Kehilangan dielektrik yang rendah | Cekap untuk frekuensi tinggi |
| Kerintangan isipadu tinggi | Penebat yang sangat baik |
| Kekonduksian terma | Pelesapan haba yang cekap |
| Pemadanan pengembangan terma | Serasi dengan bahan konduktor |
| Kekuatan mekanikal | Menahan tekanan mekanikal |
| Kestabilan kimia | Menentang degradasi dalam persekitaran yang keras |
Seramik Penebat Frekuensi Tinggi Berasaskan Talc
Seramik talkum, berasal daripada talkum semula jadi (3MgO·4SiO₂·H₂O), menawarkan kehilangan dielektrik yang rendah dan digunakan secara meluas dalam:
▶ Pembentuk dan suis gegelung frekuensi tinggi
▶ Aci seramik dan substrat perintang
▶ Kapasitor voltan tinggi dan pemangkas berkapasiti kecil
Rintangan kejutan haba yang sangat baik dan keterjangkauan menjadikannya sesuai untuk komponen impedans tinggi.
Seramik Alumina sebagai Seramik Elektronik Penebat
Penebat seramik alumina adalah salah satu bahan yang paling banyak digunakan dalam aplikasi elektronik, termasuk:
▶ Sampul seramik untuk kapasitor vakum dan tiub gelombang mikro
▶ Tingkap seramik dalam penghantaran gelombang mikro kuasa
▶ Substrat untuk pendawaian berbilang lapisan dan pakej IC
▶ Suis vakum, thyristor dan elektronik kuasa lain
Kedua-dua seramik alumina putih dan merah digunakan, dengan alumina merah biasanya mengandungi CrO₂ untuk pewarnaan. Dalam kenderaan elektrik, komponen seramik alumina berlogam semakin banyak digunakan dalam geganti, fius dan penyambung bateri.
Berbanding dengan seramik alumina struktur, seramik alumina gred penebat menuntut sifat elektrik yang unggul, termasuk:
▶ Kehilangan dielektrik yang rendah
▶ Voltan kerosakan tinggi
▶ Kerintangan tinggi
Oleh itu, kandungan kekotoran ion monovalen (cth, Na₂O, K₂O) mesti dikawal dengan ketat untuk mengelakkan kemerosotan prestasi elektrik.
Seramik Alumina 95%: Piawaian Industri
Bahan yang paling biasa digunakan ialah 95% atau 96% alumina seramik, yang mengimbangi prestasi elektrik dan mekanikal dengan kos pembuatan yang lebih rendah, menjadikannya sesuai untuk pengeluaran besar-besaran. Ia juga mengandungi fasa kaca kecil, memudahkan pengetatan dan pengedap hermetik—keperluan utama dalam elektronik.
Permohonan termasuk:
▶ Tiub vakum berkuasa tinggi di mana kekuatan tinggi dan penebat tinggi adalah kritikal
▶ Kapasitor vakum, dengan voltan kerosakan ~10x lebih tinggi daripada kapasitor udara
▶ Tiub gelombang mikro dan tingkap penghantaran tenaga menggunakan 95–99% alumina
▶ Pengganggu vakum dalam pemutus litar untuk grid kuasa dan sistem perindustrian
▶ Tiub vakum seramik, yang terdiri daripada perumah seramik penebat dengan elektrod terbenam
Aplikasi dalam Lampu LED dan Peralatan Elektrik
Penebat seramik alumina juga penting dalam pencahayaan LED, di mana ia berfungsi sebagai cawan lampu seramik dan substrat litar bercetak (lihat Rajah 5 dan 6). Kekonduksian haba dan penebat elektrik memastikan jangka hayat dan kebolehpercayaan yang panjang. Pemegang lampu seramik (Rajah 7) dalam sumber cahaya elektrik adalah satu lagi aplikasi biasa.
Aplikasi Automotif: Penebat Palam Pencucuh Seramik
Salah satu aplikasi automotif yang paling kritikal bagi seramik penebat elektronik ialah penebat palam pencucuh seramik.
Penebat palam pencucuh seramik biasanya diperbuat daripada seramik alumina kerana:
▶ Kekuatan dielektrik yang tinggi
▶ Rintangan kejutan haba yang sangat baik
▶ Rintangan kepada gas pembakaran dan getaran
▶ Kekuatan mekanikal yang tinggi dan penebat elektrik
▶ Ciri-ciri ini memastikan pencucuhan stabil enjin pembakaran dalaman dalam keadaan yang teruk. Dengan peralihan ke arah enjin yang cekap bahan api dan berprestasi tinggi, permintaan untuk penebat palam pencucuh seramik terus berkembang.
Seramik elektronik penebat adalah penting untuk sistem elektrik dan elektronik moden. Daripada tiub vakum tradisional dan peranti gelombang mikro kepada kenderaan elektrik generasi akan datang dan sistem pencucuhan automotif, bahan seperti penebat seramik alumina, seramik talkum dan penebat palam pencucuh seramik membolehkan operasi yang selamat, stabil dan cekap. Dengan sifat dielektrik, haba dan mekanikal yang sangat baik, bahan ini akan kekal sebagai kunci untuk memajukan aplikasi voltan tinggi, frekuensi tinggi dan suhu tinggi.
