Co je keramická deska plošných spojů? | Kompletní průvodce keramickými deskami plošných spojů

Pokud pracujete v elektronickém průmyslu, možná vás znepokojuje tento nový humbuk kolem keramických desek plošných spojů, které fungují lépe než tradiční desky plošných spojů. Pokud vás zajímá, co keramické desky plošných spojů vlastně jsou, jaké jsou jejich aplikace a jak se vyrábějí, pak je tento blog právě pro vás. V tomto blogu si podrobně vysvětlíme keramické desky plošných spojů (PCB) a uvidíme, co je odlišuje od tradičních desek plošných spojů a kterou z nich potřebujete pro své obvodové potřeby.

Tradiční desky plošných spojů (PCB) mají velmi špatný odvod tepla kvůli použitému substrátu, zejména sklolaminátu a epoxidu. Zachycují teplo uvnitř obvodů, což způsobuje jejich poruchu při stoupání teploty, což z nich dělá špatnou volbu pro vysoce výkonné elektrické součástky.

Elektronický průmysl potřeboval lepší desky plošných spojů (PCB), které by lépe odváděly teplo než tradiční desky plošných spojů. Tuto mezeru na trhu zaplnily keramické desky plošných spojů, které mají mimořádné vlastnosti odvodu tepla s nízkým součinitelem tepelné rozptylu (CTE) a dielektrickou konstantou. Pojďme si rychle projít úvod do keramických desek plošných spojů a zjistit, kdy keramickou desku plošných spojů potřebujete.

Úvod do keramických desek plošných spojů

V moderním elektronickém průmyslu se od desek plošných spojů (PCB) očekává lepší odvod tepla a silná mechanická opora pro elektrické součástky, které jsou k nim připojeny. Keramická deska plošných spojů (PCB), jak název napovídá, je v podstatě vyrobena z keramických jader. Jako substrát se běžně používá oxid hlinitý, oxid berylia a hlinitan hořečnatý. K výrobě keramických desek plošných spojů se používají i další keramická jádra, včetně karbidu křemíku, oxidu hlinitého, nitridu boru a mnoha dalších. Výběr správného keramického jádra závisí na požadavcích obvodu, protože každý keramický substrát desky plošných spojů má své vlastní jedinečné vlastnosti, které se správně využívají k dosažení požadovaného výkonu.

Některé vlastnosti keramických jader jsou následující:

1.   Dobrá tepelná vodivost.

2.   Méně koroze.

3.   Zvýšená mechanická pevnost.

4.   Technologie tlustých a tenkých vrstev.

5.   Rozsáhlé techniky miniaturizace.

6.   Trasování keramických desek plošných spojů s vysokou hustotou.

7.   Vícevrstvá integrace.

Keramická deska plošných spojů vs. tradiční deska plošných spojů

Nyní se vynořuje otázka, kdy použít keramické desky plošných spojů (PCB). Keramické desky plošných spojů jsou skutečně ve všech ohledech lepší než konvenční desky plošných spojů. Pro výběr typu desky plošných spojů jsou však vždy klíčové faktory cena a kvalita. Tradiční desky plošných spojů by byly ideální alternativou, pokud hledáte levnější řešení. Na druhou stranu jsou keramické desky plošných spojů nejlepší volbou, pokud pracujete v choulostivém průmyslu, kde neexistují žádná rizika, protože nabízejí spolehlivost a trvanlivost po celou dobu.

Nebo můžete porovnat oba tyto typy desek plošných spojů a zjistit, co je od sebe odlišuje.

Jak je zřejmé z výše uvedené tabulky, keramické desky plošných spojů (PCB) jsou mnohem lepší než tradiční desky plošných spojů. Materiál keramického substrátu PCB je tvořen keramickými jádry. Tato jádra jsou účinnější při vyšších teplotách a také při vyšších frekvencích. Vzhledem k absenci volných elektronů mají velmi malou šanci na rušení signálů.

Epoxidové pryskyřice a sklolaminát navíc časem absorbují vlhkost. U tradičních desek plošných spojů jsme také pozorovali vyšší absorpci vlhkosti a fyzickou delaminaci. Keramické desky plošných spojů naopak absorbují vlhkost méně, což je činí stabilnějšími v prostředí s vyšší než obvyklou vlhkostí.

Tradiční desky plošných spojů (PCB) jsou levnější. Vzhledem k nízkým vlastnostem odvodu tepla však nejsou vhodnou volbou pro miniaturizaci. Keramické desky plošných spojů jsou v tomto ohledu oproti tradičním deskám lepší díky své vysoké hustotě. Keramické desky plošných spojů lze tedy použít v obvodech s velmi malými rozměry.

Výhody keramických DPS

Svyšší Hjíst Cvodivost

Nejznámější a nejpozoruhodnější výhodou keramických desek plošných spojů je jejich vynikající tepelná vodivost. Pro aplikace s vysokou hustotou výkonu, jako jsou RF součástky, výkonová elektronika a LED moduly, kde je nutné odvádět teplo, aby byl zajištěn plynulý elektrický výkon a zabránilo se tepelnému úniku, jsou keramické desky plošných spojů důrazně doporučovány a upřednostňovány. Navíc je s keramickými deskami plošných spojů možné integrovat propojovací vodiče s vysokou hustotou (HDI), pokud jde o miniaturní obvody. Protože nepotřebujete žádné chladiče, je snazší pracovat s malými deskami plošných spojů. Naopak u tradičních desek plošných spojů je pro lepší odvod tepla potřeba správné nastavení chladiče, které zabírá více místa.

Nízký CTE

Druhou výhodou keramických desek plošných spojů je jejich nízký koeficient tepelné roztažnosti (CTE). Tento koeficient tepelné roztažnosti keramiky je srovnatelný s CTE polovodičů. Silné meziatomové vazby navíc umožňují jejich fungování při vysokých teplotách bez kompromisů v účinnosti.

Omezený dielektrický únik

Dielektrický únik v keramických deskách plošných spojů je omezený, obvykle menší než 0.001, a to i při vysokých frekvencích. Tato vlastnost umožňuje jejich použití ve vysokofrekvenčních zařízeních, včetně infrastruktury 5G a mikrovlnných obvodů.

Thermální Shlezno Rpomoc

Keramické desky plošných spojů (PCB) fungují lépe za extrémních teplot a dobře regulují teplo. Zejména v leteckém průmyslu a avionice fungují keramické desky plošných spojů lépe díky své schopnosti podporovat technologii chip-on-board (COB) pro přímé uchycení čipů.

Typy keramických DPS

V této části si probereme čtyři hlavní typy keramických desek plošných spojů. Tyto typy nejsou omezeny pouze na čtyři, ale pro představu o různých typech keramických substrátů pro desky plošných spojů uvádíme některá z populárních a nejpoužívanějších keramických jader pro desky plošných spojů.

Keramické desky plošných spojů z oxidu hlinitého (Al₂O₃)

Oxid hlinitý je jedním z nejčastěji používaných keramických substrátů pro desky plošných spojů díky své nízké ceně. Má tepelnou vodivost 20–30 W/mK, což je až 65krát více než u tradičních desek plošných spojů vyrobených z FR-4. Zde je shrnutí keramických desek plošných spojů z oxidu hlinitého.

Keramické desky plošných spojů z nitridu hliníku (AIN)

Keramické desky plošných spojů z nitridu hliníku mají ve srovnání s oxidem hlinitým relativně vysoké výrobní náklady, ale mají výjimečnou tepelnou vodivost mezi 140-180 W/mK, což z nich činí ideální volbu pro obvody s vysokým výkonem a vysokou frekvencí. Zde je několik dalších podrobností o keramických deskách plošných spojů z nitridu hliníku.

Keramické desky plošných spojů z oxidu berylia (BeO)

Keramické desky plošných spojů z oxidu berylia mají nejvyšší hodnotu tepelné vodivosti, která se pohybuje od 250 do 300 W/mK, což z nich dělá ideální volbu pro použití v obvodech, které vyžadují vysoký výkon při vysokých teplotách. Zde je stručný přehled.

Keramické desky plošných spojů z hlinitanu hořečnatého (MgAl₂O₄)

Ve srovnání s BeO a AIN je hlinitan hořečnatý, který má velmi nízkou tepelnou vodivost, dostupnější variantou.

Proces výroby keramických desek plošných spojů

Pro výrobu keramických desek plošných spojů je nezbytné dodržovat řadu přesných kroků. Všechny tyto kroky musí zajistit, aby vyrobená keramická deska plošných spojů plně splňovala svůj zamýšlený účel.

Prvním krokem při výrobě keramické desky plošných spojů (PCB) je analýza potřeb, požadované pevnosti, tuhosti a vlastností spojených s její vodivostí.

Za druhé, musíme si vybrat vhodný keramický substrát pro desky plošných spojů (PCB) jako základ. Stejně jako u jakéhokoli jiného produktu, různé materiály vyhovují různým potřebám. Oxid hlinitý je oblíbenou volbou pro projekty s omezeným rozpočtem. Nitrid hliníku a oxid berylia se hodí, když projekt vyžaduje vysokou tepelnou vodivost.

Jakmile máme perfektní základ pro naši keramickou desku plošných spojů, je čas na laserové leptání, které vytvoří na obvodu obtisky. Toto leptání vytvoří cestu pro tok elektřiny. Poté, v závislosti na složitosti obvodu, použijeme nanášení silných nebo tenkých vrstev k vytvoření požadovaných vodivých stop.

Nyní přichází nejdůležitější krok – vypálení desky při spalujících teplotách. Toto intenzivní teplo spojí vše dohromady a vytvoří z něj jeden soudržný celek.

Ale to ještě není hotové. Cesta keramických desek plošných spojů pokračuje vrtáním otvorů pro vytvoření úchytů pro připojení dalších komponent – ​​stejně jako při stavbě miniaturního města. Poté jsou keramické desky plošných spojů chráněny antikorozním povlakem.

Nakonec tým pro zajištění kvality pečlivě sleduje a analyzuje celý proces výroby keramických desek plošných spojů. Každý krok vyžaduje velkou pozornost k detailům, takže nemůžeme riskovat žádným krokem, protože jeden chybný krok zničí celý elektrický systém.

Právě proto našim klientům vždy doporučujeme, aby hledali důvěryhodného výrobce keramických desek plošných spojů, jako je PCBasicPro více informací nebo cenovou nabídku navštivte www.pcbasic.com.

Aplikace keramických desek

Výkonová elektronika

Keramické desky plošných spojů se nejčastěji používají v měničích a pohonech motorů. Hlavním důvodem jsou jejich lepší vlastnosti odvodu tepla.

RF a mikrovlnné obvody

Keramické desky plošných spojů (PCB) se také poměrně běžně používají ve vysokofrekvenčních a mikrovlnných systémech, protože díky své nízké dielektrické konstantě snadno neruší vysoké frekvence. Navíc můžete keramické desky plošných spojů pozorovat i v satelitních systémech, které jsou obvykle spojeny se substráty BeO a AIN.

LED a optoelektronika

Pokud se vysoce výkonné LED diody používají po dlouhou dobu, obvod se velmi zahřeje a toto teplo je nutné odvést. Proto se v takových zařízeních používají keramické desky plošných spojů (PCB). Podobně se keramické desky plošných spojů používají také ve fotodiodách a laserových diodách ke snížení tepelného namáhání.

Automobilová elektronika

V automobilovém průmyslu se každý nový vůz vyrábí v konkurenci s lepšími specifikacemi a výkonovými údaji. Aby byl elektrický systém automobilu spolehlivější a odolnější vůči teplu, používají inženýři keramické desky plošných spojů pro lepší odvod tepla a zvýšení celkového výkonu vozidel.

Letectví a obrana

Při vysokých teplotách pomáhají keramické desky plošných spojů snižovat tepelné namáhání lépe než jakýkoli jiný tradiční typ desek plošných spojů.

Závěr

Keramické desky plošných spojů (PCB) jsou skutečnou nabídkou pro každého, kdo hledá dlouhodobou investici do obvodů. Použití a vlastnosti keramických desek plošných spojů přesahují rámec tradičních desek plošných spojů. Pokud hledáte partnera pro keramické desky plošných spojů, PCBasic Kryjí vás! Mohou vám vyrobit špičkové keramické desky plošných spojů, aby vaše projekty proběhly rychle a dobře. Chcete-li se o tom dozvědět více, navštivte www.pcbasic.com a uvidíte, co pro vás můžou udělat!

O PCBasicu

Čas jsou ve vašich projektech peníze – a PCBasic chápe PCBasic je Firma pro montáž desek plošných spojů který pokaždé přináší rychlé a bezchybné výsledky. Náš komplexní Montážní služby PCB zahrnují odbornou technickou podporu v každém kroku, což zajišťuje špičkovou kvalitu každé desky. Jako přední Výrobce sestav plošných spojů, Nabízíme komplexní řešení, které zefektivní váš dodavatelský řetězec. Spolupracujte s naší pokročilou Továrna na prototypy plošných spojů pro rychlé vyřízení a vynikající výsledky, na které se můžete spolehnout.