¿Qué es una PCB cerámica? | Guía completa sobre placas de circuitos cerámicos

Si trabajas en la industria electrónica, quizás te preocupe esta nueva moda de que las PCB cerámicas ofrecen un rendimiento superior al de las PCB tradicionales. Si te preguntas qué es realmente una PCB cerámica, cuáles son sus aplicaciones y cómo se fabrica, este blog es justo lo que necesitas. En este blog, explicaremos en detalle las PCB de cerámica y veremos qué las diferencia de las PCB tradicionales y cuál necesita para las necesidades de su circuito.

Las PCB tradicionales tienen un rendimiento muy bajo en disipación de calor debido al sustrato que utilizan, principalmente fibra de vidrio y epoxi. Atrapan el calor dentro de los circuitos, lo que provoca su mal funcionamiento al aumentar la temperatura, lo que las convierte en una mala opción para componentes eléctricos de alto rendimiento.

La industria electrónica necesitaba una PCB mejor que las PCB tradicionales para disipar el calor. Este vacío de mercado fue cubierto por las PCB cerámicas, que poseen extraordinarias propiedades de disipación de calor con un CTE y una constante dieléctrica bajos. Hagamos un recorrido rápido por la introducción de la PCB de cerámica y veamos cuándo necesita una PCB de cerámica.

Introducción a la PCB cerámica

En la industria electrónica moderna, se espera que una PCB disipe mejor el calor y proporcione un soporte mecánico sólido para los componentes eléctricos conectados a ella. Mientras que la PCB cerámica, como su nombre indica, se compone básicamente de núcleos cerámicos. Comúnmente utiliza alúmina, óxido de berilio y aluminato de magnesio como materiales de sustrato. También se utilizan otros núcleos cerámicos para fabricar PCB cerámicas, como carburo de silicio, óxido de aluminio, nitruro de boro y muchos otros. La selección del núcleo cerámico adecuado depende de los requisitos del circuito, ya que cada sustrato de PCB cerámica tiene sus propias propiedades únicas que se utilizan correctamente para obtener el resultado deseado.

Algunas propiedades de los núcleos cerámicos son las siguientes:

1.   Buena conductividad térmica.

2.   Menos corrosión.

3.   Resistencia mecánica mejorada.

4.   Tecnología de película gruesa-fina.

5.   Amplias técnicas de miniaturización.

6.   Rastreo de placa de circuito cerámico de alta densidad.

7.   Integración multicapa.

PCB de cerámica vs. PCB tradicional

Ahora surge la pregunta de cuándo emplear una PCB cerámica. De hecho, las PCB cerámicas son superiores a las convencionales en todos los aspectos. Sin embargo, el costo y la calidad siempre son factores clave a la hora de elegir el tipo de PCB. Las PCB tradicionales serían la alternativa ideal si busca soluciones más económicas. Por otro lado, las PCB cerámicas son la mejor opción si trabaja en industrias delicadas donde los riesgos son inexistentes, ya que ofrecen confiabilidad y durabilidad a lo largo del tiempo.

O puede comparar ambos tipos de PCB y ver qué los diferencia entre sí.

Como se desprende de la tabla anterior, las PCB cerámicas son muy superiores a las PCB tradicionales. El sustrato de la PCB cerámica está compuesto por núcleos cerámicos. Estos núcleos son más eficientes a temperaturas y frecuencias más altas. Al no tener electrones libres, tienen muy pocas posibilidades de interferir con las señales.

Además, los materiales de resina epoxi y fibra de vidrio absorben la humedad con el tiempo. También hemos observado una mayor absorción de humedad y delaminación física en las PCB tradicionales. Por otro lado, las PCB cerámicas son menos propensas a absorber humedad, lo que las hace más estables en entornos con una humedad superior a la normal.

Las PCB tradicionales son más económicas. Sin embargo, debido a sus deficientes propiedades de disipación térmica, no son una opción viable para la miniaturización. En cambio, las PCB cerámicas son superiores a las tradicionales en este aspecto gracias a sus diseños de alta densidad. Por lo tanto, las PCB cerámicas pueden utilizarse en circuitos de tamaño muy pequeño.

Ventajas de PCB de cerámica

Ssuperior Heat Conductividad

La ventaja más conocida y destacada de las PCB cerámicas es su excelente conductividad térmica. Para aplicaciones de alta densidad de potencia, como componentes de radiofrecuencia, electrónica de potencia y módulos LED, donde es necesario disipar el calor para garantizar un rendimiento eléctrico uniforme y evitar fugas térmicas, las PCB cerámicas son muy recomendables. Además, con las PCB cerámicas, es posible integrar interconexiones de alta densidad (HDI) en circuitos en miniatura. Al no necesitar disipadores de calor, resulta más fácil trabajar con placas de circuito impreso de pequeño tamaño. Por el contrario, con las PCB tradicionales, se requiere una configuración adecuada de disipadores para una mejor disipación del calor, lo que ocupa más espacio.

CTE bajo

La segunda ventaja de las placas de circuito impreso de cerámica es su bajo coeficiente de expansión térmica (CTE). Este CTE de la cerámica es comparable al de los semiconductores. Además, sus fuertes conexiones interatómicas le permiten funcionar correctamente a altas temperaturas sin comprometer la eficiencia.

Fuga dieléctrica limitada

La fuga dieléctrica en las PCB cerámicas es limitada, generalmente inferior a 0.001, incluso a altas frecuencias. Esta cualidad permite su uso en dispositivos de alta frecuencia, como infraestructura 5G y circuitos de microondas.

Thermal Sempeñar Resistance

Las PCB cerámicas ofrecen un mejor rendimiento en temperaturas extremas y una buena regulación del calor. Especialmente en la industria de la aviónica aeroespacial, las PCB cerámicas ofrecen un mejor rendimiento gracias a su compatibilidad con la tecnología chip-on-board (COB) para la fijación directa de la matriz.

Tipos de PCB de cerámica

En esta sección, analizaremos cuatro tipos principales de PCB cerámicas. No se limitan a solo cuatro, sino que, para comprender los diferentes tipos de sustratos de PCB cerámicas, presentamos algunos de los núcleos cerámicos más populares y utilizados para PCB.

PCB de cerámica de alúmina (Al₂O₃)

La alúmina es uno de los sustratos cerámicos de PCB más utilizados debido a su bajo costo. Tiene una conductividad térmica de 20-30 W/mK, hasta 65 veces mayor que la de las PCB tradicionales fabricadas con FR-4. A continuación, se presenta un resumen de las PCB cerámicas de alúmina.

PCB de cerámica de nitruro de aluminio (AIN)

Las PCB cerámicas de nitruro de aluminio tienen un coste de fabricación relativamente alto en comparación con las de alúmina, pero poseen una conductividad térmica excepcional de entre 140 y 180 W/mK, lo que las convierte en la opción ideal para circuitos de alta potencia y alta frecuencia. A continuación, se ofrecen más detalles sobre las PCB cerámicas de nitruro de aluminio.

PCB de cerámica de óxido de berilio (BeO)

Las PCB de cerámica de óxido de berilio tienen la conductividad térmica más alta, de 250 a 300 W/mK, lo que las convierte en la opción ideal para circuitos que requieren un alto rendimiento a altas temperaturas. A continuación, se presenta una breve descripción.

PCB de cerámica de aluminato de magnesio (MgAl₂O₄)

En comparación con el BeO y el AIN, el aluminato de magnesio, que tiene una conductividad térmica muy baja, es una opción más asequible.

Proceso de fabricación de PCB de cerámica

Para la fabricación de PCBs cerámicos, es fundamental seguir una serie de pasos precisos. Todos estos pasos deben garantizar que la placa de circuito impreso cerámico fabricada cumpla plenamente su función prevista.

El primer paso en la fabricación de una PCB de cerámica es analizar las necesidades, la resistencia requerida, la rigidez y las propiedades asociadas a su conductividad.

En segundo lugar, debemos elegir un sustrato cerámico adecuado para la PCB. Al igual que con cualquier otro producto, cada material se adapta a diferentes necesidades. La alúmina es una opción popular para proyectos con presupuesto ajustado. El nitruro de aluminio y el óxido de berilio son útiles cuando un proyecto requiere una alta conductividad térmica.

Una vez que tenemos la base perfecta para nuestra PCB de cerámica, es hora de que el grabado láser genere impresiones en el circuito. Estos grabados crean una ruta para el flujo de la electricidad. Luego, dependiendo de la complejidad del circuito, utilizamos la deposición de película gruesa o delgada para crear las pistas conductoras necesarias.

Ahora viene el paso más crucial: cocer la placa a temperaturas abrasadoras. Este intenso calor fusiona todo, convirtiéndola en una unidad cohesiva.

Pero esto aún no ha terminado. El proceso de fabricación de las PCB cerámicas continúa perforando agujeros para crear soportes que conecten otros componentes, como si se construyera una ciudad en miniatura. Después, las PCB cerámicas se protegen con un recubrimiento anticorrosivo.

Finalmente, el equipo de control de calidad observa y analiza cuidadosamente todo el proceso de fabricación de las placas de circuito impreso (PCB) cerámicas. Dado que cada paso implica una gran atención al detalle, no podemos arriesgarnos con ninguna decisión, ya que un solo paso en falso puede arruinar todo el sistema eléctrico.

Esta es exactamente la razón por la que siempre recomendamos que nuestros clientes busquen un fabricante de PCB de cerámica confiable como PCBbásicoPara más información o para obtener una cotización, visite www.pcbasic.com.

Aplicaciones de los tableros cerámicos

Power Electronics

Las PCB cerámicas se utilizan con mayor frecuencia en inversores y controladores de motores. La razón principal son sus mejores propiedades de disipación térmica.

Circuitos de RF y Microondas

Las PCB cerámicas también se utilizan con frecuencia en sistemas de RF y microondas, ya que no interfieren fácilmente con las frecuencias altas gracias a su baja constante dieléctrica. Además, se pueden observar PCB cerámicas en sistemas satelitales, que suelen estar acoplados con sustratos de BeO y AIN.

LED y Optoelectrónica

Cuando se utilizan LED de alta potencia durante un tiempo prolongado, el circuito se calienta mucho y es necesario disipar este calor. Por eso se utilizan PCB de cerámica en estos aparatos. De igual forma, las PCB de cerámica también se utilizan en fotodiodos y diodos láser para reducir el estrés térmico.

Electrónica automotriz

En la industria automotriz, cada auto nuevo se fabrica para competir con mejores especificaciones y rendimiento. Para que el sistema eléctrico de un auto sea más confiable y resistente al calor, los ingenieros utilizan PCB de cerámica para una mejor disipación del calor y así aumentar el rendimiento general de los vehículos.

Aeroespacial y defensa

A altas temperaturas, los PCB de cerámica ayudan a reducir la tensión térmica mejor que cualquier otro tipo de PCB tradicional.

Conclusión

Las PCB cerámicas son la mejor opción para quienes buscan una inversión a largo plazo en circuitos. Sus aplicaciones y propiedades van más allá de las PCB tradicionales. Si está buscando un socio para PCB de cerámica, PCBbásico ¡Te respaldamos! Pueden construirte PCB de cerámica de primera calidad para que tus proyectos avancen rápido y sin problemas. Para obtener más información, visita www.pcbasic.com ¡Y vea lo que pueden hacer por usted!

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