
Komposiittilevysubstraatti viittaa perusmateriaaliin, tyypillisesti levymuodossa, joka koostuu kahdesta tai useammasta erillisestä fysikaalisesta tai kemiallisesta faasista, jotka on yhdistetty muodostamaan uusi materiaali, jolla on ylivoimaiset ominaisuudet verrattuna sen yksittäisiin komponentteihin. Kehittyneissä teollisissa yhteyksissä tähän liittyy usein sitkeän, sitkeän matriisin (kuten metalli tai polymeeri) yhdistäminen kovaan, lujittavaan faasiin (kuten keraamiset hiukkaset tai kuidut) lujuuden, sitkeyden ja muiden erityisten toiminnallisten ominaisuuksien tasapainon saavuttamiseksi.
Nämä substraatit on suunniteltu toimimaan perustana jatkokäsittelylle tai ydinrakennekomponenttina vaativissa sovelluksissa.
Räätälöidyt ominaisuudet: Ensisijainen etu on kyky suunnitella materiaali, jolla on tietty joukko ominaisuuksia, joita ei löydy yhdestä materiaalista. Tämä sisältää optimoinnin:
Korkea lujuus-paino-suhde: Erityisesti polymeeri- tai metallimatriisikomposiiteissa, jotka on vahvistettu hiili- tai keraamisilla kuiduilla.
Parannettu kulutuskestävyys: Saavutetaan upottamalla kovat hiukkaset, kuten volframikarbidi tai keramiikka metallimatriisiin.
Parempi lämmön- tai sähkönjohtavuus: Sisällyttämällä johtavia kuituja tai hiukkasia.
Ohjattu lämpölaajeneminen: Kriittinen elektroniikassa vastaamaan puolijohteiden laajenemista.
Monikäyttöisyys: Yksi komposiittilevy voidaan suunnitella suorittamaan useita tehtäviä, kuten tarjoamaan rakenteellista tukea, kulutuskestävyyttä ja lämmönhallintaa samanaikaisesti.
Anisotropia: Ominaisuudet voidaan suunnitella suuntaaviksi (anisotrooppisiksi), esimerkiksi vahvoiksi yhteen suuntaan kohdistettujen kuitujen ansiosta, mikä on ihanteellinen tiettyihin kantaviin sovelluksiin.
"Komposiittilevysubstraatti" on laaja luokka. Avaintyyppejä ovat:
Metallimatriisikomposiitit (MMC): Metallipohja (esim. alumiini, kupari), joka on vahvistettu keraamisilla hiukkasilla (esim. piikarbidilla, boorikarbidilla) tai kuiduilla.
Ceramic Matrix Composites (CMC): Keraaminen matriisi (esim. piikarbidi), joka on vahvistettu keraamisilla kuiduilla ja tarjoaa poikkeuksellisen lujuuden korkeissa lämpötiloissa ja murtolujuutta verrattuna monoliittiseen keramiikkaan.
Polymeerimatriisikomposiitit (PMC): Polymeerihartsi (esim. epoksi), joka on vahvistettu jatkuvilla kuiduilla (esim. hiilellä, lasilla, aramidilla). Nämä ovat klassisia "komposiittilevyjä", joita käytetään ilmailu- ja urheiluvälineissä.
Laminoidut komposiitit: Useita kerroksia eri materiaaleista (esim. metalleja, polymeerejä) liimataan yhteen levyn luomiseksi, jonka ominaisuudet ovat peräisin jokaisesta kerroksesta.
Komposiittilevysubstraatit ovat perustavia korkean teknologian teollisuudessa:
Elektroniikkapakkaukset: Käytetään puolijohdesirujen ja -piirien substraattina. Esimerkkejä:
Direct Bonded Copper (DBC): Keraaminen levy (kuten Al2O3 tai AlN), jonka molemmille puolille on sidottu kuparia ja jota käytetään tehomoduuleissa.
Metalliydinpiirilevyt: Metallipohja (kuten alumiini), jossa on dielektrinen kerros ja piirikerros, jota käytetään LED-valaistukseen.
Ilmailu ja puolustus: Rakennepaneeleina lentokoneiden kalvoille, satelliittikomponenteille ja panssarijärjestelmille, joissa keveys ja korkea lujuus ovat kriittisiä.
Kulutusta kestävät vuoraukset: MMC-levyjä, jotka sisältävät volframikarbidia tai muita kovia faaseja, käytetään kaivos-, maatalouden ja materiaalinkäsittelyn laitteiden vuoraukseen.
Lämmönhallinta: jäähdytyselementteinä tai levittiminä suuritehoisessa elektroniikassa, hyödyntäen korkean lämmönjohtavuuden omaavia komposiitteja (esim. Al-SiC).
Seuraavassa taulukossa on yhteenveto tärkeimmistä ominaisuuksista nopeaa yleiskatsausta varten:
| Ominaisuus | Kuvaus | Etu |
| Ydinkonsepti | Pohjalevy, joka on valmistettu yhdistämällä kahta tai useampaa eri materiaalia. | Mahdollistaa sellaisten materiaalien luomisen, joiden ominaisuusyhdistelmät ovat mahdottomia yhdelle materiaalille. |
| Avainperiaate | Synergia. Matriisi ja vahvistus toimivat yhdessä luoden ylivoimaisia ominaisuuksia. | Saavuttaa optimaalisen tasapainon, esim. sitkeys matriisista ja kovuus vahvistuksesta. |
| Yleiset vahvistukset | Hiukkaset (karbidi, keramiikka), kuidut (hiili, lasi). | Antaa erityisiä ominaisuuksia, kuten kulutuskestävyyden tai korkean lujuuden. |
| Yhteiset matriisit | Metallit (Al, Cu), polymeerit (epoksi), keramiikka (SiC). | Tarjoaa jatkuvan vaiheen, tarjoaa sitkeyttä ja sitoo vahvistusta. |
| Ensisijainen kuljettaja | Suorituskyky ja toiminnallisuus. | Mahdollistaa kevyet, tehokkaat ja kestävät mallit edistyneessä suunnittelussa. |
| Keskeiset toimialat | Elektroniikka, ilmailu, autoteollisuus, puolustus, huippuluokan valmistus. | Mahdollistaa materiaalin teknologiselle kehitykselle näillä aloilla. |
Yhteenvetona a Composite Sheet Substraatti on pitkälle suunniteltu perusmateriaali. Se ei ole yksinkertainen raaka-aine, vaan hienostunut alusta, joka on suunniteltu atomitasolta asti antamaan erityisiä mekaanisia, lämpö- ja sähköominaisuuksia, mikä tekee siitä välttämättömän nykyaikaisissa korkean suorituskyvyn sovelluksissa.