Qu'est-ce qu'un circuit imprimé en céramique ? | Guide complet des circuits imprimés en céramique

En tant que professionnel de l'électronique, vous êtes peut-être préoccupé par la nouvelle tendance des circuits imprimés en céramique, plus performants que les circuits imprimés traditionnels. Si vous vous demandez ce qu'est réellement un circuit imprimé en céramique, quelles sont ses applications et comment il est fabriqué, cet article est fait pour vous. Dans ce blog, nous expliquerons en détail les PCB en céramique et verrons ce qui les différencie des PCB traditionnels et lequel vous avez besoin pour vos besoins en circuits.

Les circuits imprimés traditionnels ont une très faible capacité de dissipation thermique en raison du substrat utilisé, principalement en fibre de verre et en époxy. Ils emprisonnent la chaleur à l'intérieur des circuits, ce qui entraîne des dysfonctionnements lorsque la température augmente, ce qui en fait une mauvaise option pour les composants électriques hautes performances.

L'industrie électronique avait besoin d'un circuit imprimé plus performant pour dissiper la chaleur que les circuits imprimés traditionnels. Cette lacune a été comblée par les circuits imprimés en céramique, qui présentent des propriétés de dissipation thermique exceptionnelles avec un CTE et une constante diélectrique faibles. Faisons une présentation rapide du PCB en céramique et voyons quand vous avez besoin d'un PCB en céramique.

Introduction aux PCB en céramique

Dans l'industrie électronique moderne, un circuit imprimé (PCB) est censé mieux dissiper la chaleur et offrir un support mécanique solide aux composants électriques qui y sont fixés. Le PCB céramique, comme son nom l'indique, est essentiellement composé de noyaux en céramique. Il utilise généralement de l'alumine, de l'oxyde de béryllium et de l'aluminate de magnésium comme substrats. D'autres noyaux en céramique sont également utilisés pour la fabrication de PCB céramiques, notamment le carbure de silicium, l'oxyde d'aluminium, le nitrure de bore, etc. Le choix du noyau en céramique approprié dépend des exigences du circuit, car chaque substrat de PCB céramique possède des propriétés uniques qui permettent d'obtenir le résultat souhaité.

Certaines propriétés des noyaux en céramique sont les suivantes :

1.   Bonne conductivité thermique.

2.   Moins de corrosion.

3.   Résistance mécanique renforcée.

4.   Technologie de film épais-mince.

5.   Vastes techniques de miniaturisation.

6.   Traçage de circuits imprimés en céramique haute densité.

7.   Intégration multicouche.

PCB en céramique vs PCB traditionnel

La question du choix d'un circuit imprimé en céramique se pose désormais. En effet, les circuits imprimés en céramique sont supérieurs aux circuits imprimés conventionnels à tous égards. Cependant, le coût et la qualité sont toujours des facteurs clés dans le choix du type de circuit imprimé. Les circuits imprimés traditionnels constituent une alternative idéale si vous recherchez des solutions moins coûteuses. En revanche, les circuits imprimés en céramique constituent la meilleure option si vous travaillez dans des secteurs sensibles où les risques sont inexistants, car ils offrent fiabilité et durabilité dans le temps.

Ou vous pouvez comparer ces deux types de PCB et voir ce qui les distingue l'un de l'autre.

Comme le montre le tableau ci-dessus, les circuits imprimés en céramique sont bien supérieurs aux circuits imprimés traditionnels. Le substrat en céramique des circuits imprimés est constitué de noyaux en céramique. Ces noyaux sont plus efficaces à des températures et des fréquences plus élevées. Sans électrons libres, ils ont très peu de risques d'interférences avec les signaux.

De plus, les résines époxy et les fibres de verre absorbent l'humidité avec le temps. Nous avons également observé une absorption d'humidité et une délamination physique plus importantes sur les circuits imprimés traditionnels. Les circuits imprimés en céramique, en revanche, sont moins susceptibles d'absorber l'humidité, ce qui les rend plus stables dans un environnement où l'humidité est supérieure à la normale.

Les circuits imprimés traditionnels sont moins coûteux. Cependant, leurs faibles propriétés de dissipation thermique les rendent peu viables en termes de miniaturisation. En revanche, les circuits imprimés céramiques sont supérieurs aux circuits traditionnels à cet égard grâce à leur conception haute densité. Ils peuvent donc être utilisés dans des circuits de très petite taille.

Avantages du PCB en céramique

Ssupérieur Hmanger Conductivité

L'avantage le plus connu et le plus remarquable des circuits imprimés en céramique est leur excellente conductivité thermique. Pour les applications à forte densité de puissance, telles que les composants RF, l'électronique de puissance et les modules LED, où la chaleur doit être évacuée pour garantir des performances électriques optimales et éviter tout emballement thermique, les circuits imprimés en céramique sont fortement recommandés et privilégiés. De plus, les circuits imprimés en céramique permettent d'intégrer des interconnexions haute densité (HDI) pour des circuits miniatures. L'absence de dissipateur thermique facilite le travail avec des circuits imprimés de petite taille. En revanche, les circuits imprimés traditionnels nécessitent une configuration de dissipateur thermique adaptée pour une meilleure dissipation thermique, ce qui nécessite un encombrement plus important.

Faible CTE

Le deuxième avantage des circuits imprimés en céramique est leur faible coefficient de dilatation thermique (CTE). Ce coefficient est comparable à celui des semi-conducteurs. De plus, la solidité des connexions interatomiques leur permet de fonctionner efficacement à haute température sans compromettre leur efficacité.

Fuite diélectrique limitée

La fuite diélectrique des circuits imprimés en céramique est limitée, généralement inférieure à 0.001, même à hautes fréquences. Cette qualité permet leur utilisation dans les dispositifs haute fréquence, notamment les infrastructures 5G et les circuits micro-ondes.

Thermal Sjarret Rrésistance

Les circuits imprimés en céramique offrent de meilleures performances à des températures extrêmes et régulent efficacement la chaleur. Dans l'industrie aérospatiale et avionique, notamment, les circuits imprimés en céramique sont plus performants grâce à leur capacité à prendre en charge la technologie COB (chip-on-board) pour la fixation directe des puces.

Types de PCB en céramique

Dans cette section, nous aborderons quatre principaux types de circuits imprimés en céramique. Ces types ne se limitent pas à quatre, mais pour vous donner une idée des différents types de substrats pour circuits imprimés en céramique, voici quelques-uns des noyaux céramiques les plus courants.

PCB en céramique d'alumine (Al₂O₃) :

L'alumine est l'un des substrats céramiques pour circuits imprimés les plus couramment utilisés en raison de son faible coût. Sa conductivité thermique est de 20 à 30 W/mK, soit jusqu'à 65 fois supérieure à celle des circuits imprimés traditionnels en FR-4. Voici un aperçu des circuits imprimés en céramique d'alumine.

PCB en céramique au nitrure d'aluminium (AIN) :

Les circuits imprimés en céramique de nitrure d'aluminium ont un coût de fabrication relativement élevé par rapport à l'alumine, mais leur conductivité thermique exceptionnelle, comprise entre 140 et 180 W/mK, en fait un choix idéal pour les circuits haute puissance et haute fréquence. Voici quelques informations supplémentaires sur les circuits imprimés en céramique de nitrure d'aluminium.

PCB en céramique d'oxyde de béryllium (BeO) :

Les circuits imprimés en céramique d'oxyde de béryllium présentent la conductivité thermique la plus élevée, comprise entre 250 et 300 W/mK, ce qui en fait un choix idéal pour les circuits exigeant des performances élevées à haute température. Voici un bref aperçu.

PCB en céramique d'aluminate de magnésium (MgAl₂O₄)

Comparé au BeO et à l’AIN, l’aluminate de magnésium, qui a une très faible conductivité thermique, est une option plus abordable.

Processus de fabrication de PCB en céramique

La fabrication de circuits imprimés en céramique doit impérativement suivre une série d'étapes précises. Toutes ces étapes doivent garantir que le circuit imprimé en céramique fabriqué répond parfaitement à sa fonction.

La première étape de la fabrication d’un PCB en céramique consiste à analyser les besoins, la résistance requise, la rigidité et les propriétés associées à sa conductivité.

Deuxièmement, il est nécessaire de choisir un substrat céramique adapté à la carte PCB. Comme pour tout produit, chaque matériau répond à des besoins spécifiques. L'alumine est un choix populaire pour les projets à petit budget. Le nitrure d'aluminium et l'oxyde de béryllium sont utiles lorsqu'un projet exige une conductivité thermique élevée.

Une fois la base idéale pour notre circuit imprimé en céramique obtenue, il est temps de procéder à la gravure laser pour réaliser des empreintes sur le circuit. Ces gravures créent un chemin pour le passage du courant. Ensuite, selon la complexité du circuit, nous utilisons le dépôt de couches minces ou épaisses pour créer les pistes conductrices requises.

Vient ensuite l'étape cruciale : la cuisson de la carte à des températures extrêmes. Cette chaleur intense fusionne l'ensemble, créant ainsi un tout cohérent.

Mais ce n'est pas encore terminé. Le développement des circuits imprimés en céramique se poursuit par le perçage de trous pour la réalisation de supports permettant de connecter d'autres composants, comme pour la construction d'une ville miniature. Les circuits imprimés en céramique sont ensuite protégés par un revêtement anticorrosion.

Enfin, l'équipe d'assurance qualité observe et analyse attentivement l'ensemble du processus de fabrication des circuits imprimés en céramique. Chaque étape nécessitant une attention particulière aux détails, nous ne prenons aucun risque, car une seule erreur peut endommager l'ensemble du système électrique.

C'est exactement pourquoi nous recommandons toujours à nos clients de rechercher un fabricant de circuits imprimés en céramique de confiance comme PCBasiquePour plus d'informations ou pour obtenir un devis, visitez www.pcbasic.com.

Applications des panneaux en céramique

Electronique de puissance

Les circuits imprimés en céramique sont particulièrement utilisés dans les onduleurs et les variateurs de vitesse, principalement pour leurs meilleures propriétés de dissipation thermique.

Circuits RF et micro-ondes

Les circuits imprimés en céramique sont également couramment utilisés dans les systèmes RF et micro-ondes, car ils interfèrent peu avec les hautes fréquences grâce à leur faible constante diélectrique. De plus, on peut observer des circuits imprimés en céramique dans les systèmes satellites, généralement couplés à des substrats BeO et AIN.

LED et Optoélectronique

Lorsque des LED haute puissance sont utilisées pendant une longue période, le circuit chauffe considérablement et cette chaleur doit être évacuée. C'est pourquoi on utilise des circuits imprimés en céramique dans ces appareils. De même, ces circuits imprimés sont également utilisés dans les photodiodes et les diodes laser pour réduire les contraintes thermiques.

Electronique automobile

Dans l'industrie automobile, chaque nouvelle voiture est conçue pour rivaliser avec des spécifications et des performances supérieures. Pour accroître la fiabilité et la résistance thermique du système électrique, les ingénieurs utilisent des circuits imprimés en céramique pour une meilleure dissipation thermique et ainsi accroître les performances globales des véhicules.

Aérospatiale et défense

À des températures élevées, les PCB en céramique aident à réduire la contrainte thermique mieux que tout autre type de PCB traditionnel.

Conclusion

Les circuits imprimés en céramique constituent une véritable aubaine pour tous ceux qui recherchent un investissement à long terme dans les circuits imprimés. Leurs applications et leurs propriétés dépassent celles des circuits imprimés traditionnels.

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