Přehled keramických desek plošných spojů

Keramický substrát PCB označuje desku vyrobenou speciálním procesem s měděnou fólií přímo spojenou s povrchem (jednostranně nebo oboustranně) keramického substrátu PCB z oxidu hlinitého (Al2O3) nebo nitridu hliníku (AlN) při vysokých teplotách. Vyrobený ultratenký kompozitní substrát má vynikající elektrickou izolaci, vysokou tepelnou vodivost, vynikající pájitelnost a vysokou adhezní pevnost a umožňuje leptání různých vzorů, takže má velkou proudovou únosnost. Keramický substrát PCB se proto stal základním materiálem pro technologii struktury výkonových elektronických obvodů a propojovací technologie.

Příchod keramických substrátů pro desky plošných spojů (PCB) odstartoval nový vývoj v odvětví aplikací pro odvod tepla. Díky vlastnostem odvodu tepla z keramického substrátu pro desky plošných spojů a jeho výhodám, jako je vysoký odvod tepla, nízký tepelný odpor, dlouhá životnost a odolnost proti napětí, se s vylepšením výrobní technologie a zařízení cena produktů zrychlila a zracionalizovala, čímž se rozšířily oblasti použití LED průmyslu, jako jsou kontrolky domácích spotřebičů, automobilová světla, pouliční lampy a velké venkovní billboardy. 

Úspěšný vývoj keramického substrátu pro desky plošných spojů (PCB) poskytuje lepší služby pro vnitřní i venkovní osvětlení a v budoucnu dává LED průmyslu širší trh.

Typy keramických PCB Drozděleno podle Materials

Keramické desky plošných spojů (PCB) lze klasifikovat podle použitých materiálů. Mezi běžné materiály patří oxid hlinitý, nitrid hliníku a nitrid křemíku. Liší se v odvodu tepla, izolaci a pevnosti. Výběr správného materiálu může desku plošných spojů lépe vyhovovat vašim skutečným požadavkům na použití.

1. Keramická deska plošných spojů z oxidu hlinitého

Hliníkový keramický substrát pro desky plošných spojů je nejčastěji používaným substrátovým materiálem v elektronickém průmyslu. Díky své vysoké pevnosti a chemické stabilitě ve srovnání s většinou ostatních oxidových keramických materiálů, pokud jde o mechanické, tepelné a elektrické vlastnosti, a bohatému množství surovin je vhodný pro různé technické účely a tvary. Hliníkový substrát lze přizpůsobit ve třech rozměrech.

2. Keramická deska plošných spojů z oxidu berylia

Jeho tepelná vodivost je vyšší než u hliníku, takže jej lze použít v případech, kdy je vyžadována vysoká tepelná vodivost, ale ta se rychle snižuje, když teplota překročí 300 °C. Nejdůležitější je, že jeho toxicita omezuje jeho vlastní vývoj.

Keramika z oxidu berylia je keramika s oxidem berylia jako hlavní složkou. Používá se hlavně jako substrát pro velké integrované obvody, výkonné plynové laserové trubice, chladicí plášť tranzistoru, výstupní okno mikrovln a moderátor neutronů.

3. Keramická deska plošných spojů z nitridu hliníku

AlN má dvě velmi důležité vlastnosti, které stojí za zmínku: jednou je vysoká tepelná vodivost a druhou je koeficient roztažnosti odpovídající Si. Nevýhodou je, že i když je na povrchu velmi tenká oxidová vrstva, ovlivní to tepelnou vodivost. Pouze přísnou kontrolou materiálů a procesů lze vyrobit AlN substráty s dobrou konzistencí. V Číně existuje jen málo technologií výroby AlN, které lze vyrábět ve velkém měřítku, jako je Sliton, a cena AlN je ve srovnání s Al2O3 relativně vysoká, což je také malou překážkou omezující jeho rozvoj. S rozvojem ekonomiky a technologií však tato překážka nakonec zmizí.

Z výše uvedených důvodů lze konstatovat, že aluminová keramika je široce používána díky svému vynikajícímu komplexnímu výkonu a stále má dominantní postavení v mikroelektronice, výkonové elektronice, hybridní mikroelektronice, výkonových modulech a dalších oblastech.

AlN lze stabilizovat až do 2200 °C. Při pokojové teplotě má vysokou pevnost a s rostoucí teplotou pomalu klesá. Má dobrou tepelnou vodivost, malý koeficient tepelné roztažnosti a je dobře odolný vůči tepelným nárazům. Díky silné odolnosti vůči erozi roztaveného kovu je ideálním materiálem pro tavení a odlévání čistého železa, hliníku nebo hliníkových slitin. 

Nitrid hliníku je také elektrický izolant s dobrými dielektrickými vlastnostmi a je slibný i pro použití jako elektrická součástka. Povlak z nitridu hliníku na povrchu arsenidu galia jej může chránit před implantací iontů během žíhání. Je také katalyzátorem pro přeměnu nitridu hliníku z hexagonálního nitridu boru na kubický nitrid boru. Reaguje pomalu s vodou při pokojové teplotě. Lze jej syntetizovat z hliníkového prášku při 800~1000 ℃ v amoniakové nebo dusíkové atmosféře. Produkt má bílou až šedou modrou barvu. Syntetizuje se reakcí systému Al2O3-C-N2 při 1600~1750 ℃ ​​a produkt je téměř bílý prášek. Chlorid hlinitý a amoniak se připravují reakcí v plynné fázi. Povlak lze syntetizovat ze systému AlCl3-NH3 depozicí v plynné fázi.

4. Keramická deska plošných spojů z nitridu křemíku

Společnost Rogers představila v roce 3 nový keramický substrát pro desky plošných spojů z nitridu křemíku (Si4N2012) řady curamik®. Vzhledem k tomu, že mechanická pevnost nitridu křemíku je vyšší než u jiných keramických materiálů, může nový substrát curamik® pomoci konstruktérům dosáhnout dlouhé životnosti v náročných pracovních podmínkách a v aplikacích HEV/EV a dalších obnovitelných zdrojů energie.

Pevnost v ohybu nového keramického substrátu desek plošných spojů vyrobeného z nitridu křemíku je vyšší než u substrátu vyrobeného z Al2O3 a AlN.

Lomová houževnatost Si3N4 dokonce převyšuje keramiku dopovanou oxidem zirkoničitým.

Spolehlivost keramických substrátů desek plošných spojů s měděným povlakem používaných ve výkonových modulech byla doposud omezena nízkou pevností v ohybu keramiky, což snižovalo odolnost vůči tepelným cyklům. Pro aplikace, které kombinují extrémní tepelné a mechanické namáhání, jako jsou hybridní vozidla a elektrická vozidla (HEV/EV), není běžně používaný keramický substrát desek plošných spojů tou nejlepší volbou. Koeficienty tepelné roztažnosti substrátu (keramická deska plošných spojů) a vodiče (měď) se velmi liší, což během tepelného cyklu vyvíjí tlak na spojovací plochu, a tím snižuje spolehlivost. Tento keramický substrát desek plošných spojů z nitridu křemíku (Si3N4) řady curamik®, který společnost Rogers představila na letošním veletrhu PCIM, prodlouží životnost výkonových elektronických modulů až desetkrát.

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.

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

2. 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.

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

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

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

6. 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.

výhody Ceramické PCBs

◆ Koeficient tepelné roztažnosti keramického substrátu PCB je blízký koeficientu křemíkového čipu, což umožňuje ušetřit molibdenový plátek přechodové vrstvy, ušetřit práci, materiál a snížit náklady;

◆ Snížení svarové vrstvy, tepelného odporu, pórovitosti a meze;

◆ Při stejné proudové zatížitelnosti je šířka čáry měděné fólie o tloušťce 0.3 mm v keramické desce plošných spojů pouze 10 % šířky čáry běžných desek plošných spojů;

◆ Vynikající tepelná vodivost činí pouzdro čipu velmi kompaktním, čímž se výrazně zvyšuje hustota výkonu a zlepšuje spolehlivost systému a zařízení;

◆ Ultratenký (0.25 mm) keramický substrát pro desky plošných spojů může nahradit BeO bez toxicity pro životní prostředí;

◆ Proudová zatížitelnost je velká a proud 100 A nepřetržitě prochází měděným tělesem o šířce 1 mm a tloušťce 0.3 mm, čímž se teplota zvýší o přibližně 17 °C. Proud 100 A nepřetržitě prochází měděným tělesem o šířce 2 mm a tloušťce 0.3 mm, čímž se teplota zvýší pouze o přibližně 5 °C.

◆ Nízký tepelný odpor. Tepelný odpor keramického substrátu DPS o rozměrech 10×10 mm je 0.31 K/W pro keramický substrát DPS o tloušťce 0.63 mm, 0.19 K/W pro keramický substrát DPS o tloušťce 0.38 mm a 0.14 K/W pro keramický substrát DPS o tloušťce 0.25 mm.

◆ Vysoká izolace a odolnost proti napětí zajišťují osobní bezpečnost a ochrannou schopnost zařízení.

◆ Lze realizovat nové metody balení a montáže, které mohou zajistit vysokou integraci produktů a snížit objem.

Výkon Rrovnováha pro C.eramické PCBs

V elektronických zařízeních pracujících za vysokého výkonu, vysokých frekvencí a extrémních podmínek je pro tradiční desky plošných spojů FR4 obtížné splnit přísné požadavky na odvod tepla, elektrický výkon a stabilitu. Keramické desky plošných spojů se staly ideální volbou pro novou generaci elektronických obalů a nosičů obvodů díky své vynikající tepelné vodivosti, elektrické izolaci a spolehlivosti. Podívejme se na základní požadavky na výkon keramických desek plošných spojů.

Mechanické vlastnosti

Díky dostatečně vysoké mechanické pevnosti lze keramickou desku plošných spojů použít také jako nosný prvek, a to nejen pro nesení součástek. Má dobrou zpracovatelnost a vysokou rozměrovou přesnost; snadno se realizuje vícevrstvá výroba s hladkými povrchy bez deformací, ohýbání, mikrotrhlin atd.

Elektrické vlastnosti

Vysoký izolační odpor a průrazné napětí izolace; Nízká dielektrická konstanta; Nízké dielektrické ztráty; Stabilní výkon za podmínek vysoké teploty a vysoké vlhkosti, keramická deska plošných spojů zajišťuje spolehlivost.

Tepelné vlastnosti

Vysoká tepelná vodivost; Koeficient tepelné roztažnosti je sladěn s podobnými materiály (zejména s koeficientem tepelné roztažnosti Si); Vynikající tepelná odolnost.

Další nemovitosti

Dobrá chemická stabilita; Snadná metalizace, silná adheze mezi obvodovými vzory a nimi; Žádná hygroskopičnost; Odolnost vůči olejům a chemikáliím; Malé množství emitovaného záření; Použité látky jsou neznečišťující a netoxické; Krystalová struktura se nemění v rozsahu teplot použití; Bohaté suroviny; Vyspělá technologie; Snadná výroba; Nízká cena.

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.

editaci videas keramických desek plošných spojů

◆ Vysoce výkonný polovodičový modul; polovodičová chladnička, elektronický ohřívač; obvod pro řízení vysokofrekvenčního výkonu, výkonový hybridní obvod.

◆ Inteligentní výkonové komponenty: Vysokofrekvenční spínaný napájecí zdroj a polovodičové relé.

◆ Automobilová elektronika, letecký průmysl a vojenské elektronické součástky.

◆ Montáž solárních panelů; Telekomunikační ústředny, přijímací systémy; Laserová a další průmyslová elektronika.

Proč používat keramické desky plošných spojů (PCB) před jinými deskami?

Ve srovnání s tradičními deskami plošných spojů FR4 nebo kovovými MCPCB má keramická deska plošných spojů významné výhody v několika klíčových ukazatelích výkonu. Díky své vynikající tepelné vodivosti, extrémně nízkému koeficientu tepelné roztažnosti, vynikající elektrické izolaci a frekvenční odezvě je ideální volbou pro vysoce výkonná a spolehlivá elektronická zařízení, obzvláště vhodná pro výkonovou elektroniku, radiofrekvenční komunikaci a aplikace v náročných podmínkách.

Zde vidíme mnohostranné silné stránky keramických desek plošných spojů, zejména v aplikacích s vysokým výkonem, vysokou frekvencí a vysokou spolehlivostí. V klíčových oblastech překonávají FR4 i MCPCB, což z keramických desek plošných spojů dělá preferovanou volbu pro mnoho pokročilých elektronických systémů.

Proč investovat do čističky vzduchu?

S tím, jak se elektronická zařízení stávají kompaktnějšími a výkonnějšími, roste poptávka po robustních tepelných a elektrických řešeních. Keramické desky plošných spojů (PCB) vynikají svým vynikajícím výkonem v extrémních podmínkách, což je činí nezbytnými pro vysoce spolehlivé aplikace. Ať už navrhujete pro automobilový průmysl, letecký průmysl nebo vysoce výkonné LED diody, výběr správného výrobce keramických desek plošných spojů a keramického substrátu pro desky plošných spojů může zajistit dlouhodobý úspěch vašeho produktu.