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, mencegah kebocoran arus yang tidak diingini yang boleh mengganggu fungsi litar atau menyebabkan kegagalan sistem sepenuhnya. Selain 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, sekali gus 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 pembungkusan untuk litar elektronik
▶ Soket tiub dan penyambung untuk tiub vakum dan palam frekuensi tinggi
▶ Komponen suis, sokongan pemangkas, papan terminal dan pembentuk gegelung
▶ Tiub pelindung dan sarung penebat seramik untuk peranti vakum, termostat dan geganti
Fungsi mereka melangkaui penebat untuk merangkumi pemasangan, penetapan, sokongan struktur dan sambungan elektrik. Contohnya, 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 forsterit dan seramik berilium oksida
Seramik Penebat Bukan oksida:termasuk aluminium nitrida, boron nitrida dan silikon nitrida
Untuk berfungsi secara berkesan sebagai penebat seramik elektronik, sesuatu bahan mesti menunjukkan sifat-sifat penting berikut:
| Hartanah | 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 |
| Padanan pengembangan haba | Sesuai dengan bahan konduktor |
| Kekuatan mekanikal | Menahan tekanan mekanikal |
| Kestabilan kimia | Tahan degradasi dalam persekitaran yang keras |
Seramik Penebat Frekuensi Tinggi Berasaskan Talkum
Seramik talkum, yang 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 kemampuannya yang berpatutan menjadikannya sesuai untuk komponen impedans tinggi.
Seramik Alumina sebagai Seramik Elektronik Penebat
Penebat seramik alumina merupakan salah satu bahan yang paling banyak digunakan dalam aplikasi elektronik, termasuk:
▶ Sampul seramik untuk kapasitor vakum dan tiub gelombang mikro
▶ Tingkap seramik dalam transmisi gelombang mikro kuasa
▶ Substrat untuk pendawaian berbilang lapisan dan pakej IC
▶ Suis vakum, tirostor 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 terlogam semakin banyak digunakan dalam geganti, fius dan penyambung bateri.
Berbanding dengan seramik alumina struktur, seramik alumina gred penebat memerlukan sifat elektrik yang unggul, termasuk:
▶ Kehilangan dielektrik yang rendah
▶ Voltan kerosakan tinggi
▶ Kerintangan tinggi
Oleh itu, kandungan bendasing ion monovalen (contohnya, Na₂O, K₂O) mesti dikawal ketat untuk mencegah penurunan prestasi elektrik.
Seramik Alumina 95%: Piawaian Industri
Bahan yang paling biasa digunakan ialah seramik alumina 95% atau 96%, yang mengimbangi prestasi elektrik dan mekanikal dengan kos pengeluaran yang lebih rendah, menjadikannya sesuai untuk pengeluaran besar-besaran. Ia juga mengandungi fasa kaca kecil, yang memudahkan pemetaan dan pengedap hermetik—keperluan utama dalam elektronik.
Aplikasi termasuk:
▶ Tiub vakum berkuasa tinggi yang 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 alumina 95–99%
▶ Pengganggu vakum dalam pemutus litar untuk grid kuasa dan sistem perindustrian
▶ Tiub vakum seramik, yang terdiri daripada selongsong seramik penebat dengan elektrod terbenam
Aplikasi dalam Pencahayaan 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 terma dan penebat elektriknya 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 terhadap gas pembakaran dan getaran
▶ Kekuatan mekanikal dan penebat elektrik yang tinggi
▶ Ciri-ciri ini memastikan pencucuhan enjin pembakaran dalaman yang stabil di bawah keadaan yang teruk. Dengan peralihan ke arah enjin yang cekap bahan api dan berprestasi tinggi, permintaan untuk penebat palam pencucuh seramik terus meningkat.
Penebat seramik elektronik adalah penting untuk sistem elektrik dan elektronik moden. Daripada tiub vakum tradisional dan peranti gelombang mikro kepada kenderaan elektrik generasi akan datang dan sistem penyalaan automotif, bahan seperti penebat seramik alumina, seramik talkum dan penebat palam pencucuh seramik membolehkan operasi yang selamat, stabil dan cekap. Dengan sifat dielektrik, terma dan mekanikalnya yang sangat baik, bahan-bahan ini akan kekal penting untuk memajukan aplikasi voltan tinggi, frekuensi tinggi dan suhu tinggi.
