Overzicht van keramische printplaten

Een keramisch PCB-substraat verwijst naar een speciale printplaat met koperfolie die direct aan het oppervlak (enkelzijdig of dubbelzijdig) van aluminiumoxide (Al2O3) of aluminiumnitride (AlN) keramisch PCB-substraat is bevestigd bij hoge temperaturen. Het geproduceerde ultradunne composietsubstraat heeft uitstekende elektrische isolatie, een hoge thermische geleidbaarheid, uitstekende soldeerbaarheid en een hoge hechtsterkte, en kan diverse patronen etsen, waardoor het een hoge stroombelastbaarheid heeft. Daarom is keramisch PCB-substraat het basismateriaal geworden voor de structuurtechnologie van hoogvermogen-elektronica en interconnectietechnologie.

De komst van keramische PCB-substraten heeft de ontwikkeling van de warmteafvoerindustrie in gang gezet. Vanwege de warmteafvoerende eigenschappen van keramische PCB-substraten en de voordelen ervan, zoals een hoge warmteafvoer, lage thermische weerstand, lange levensduur en spanningsbestendigheid, is de productprijs versneld en gerationaliseerd door de verbetering van productietechnologie en -apparatuur, waardoor de toepassingsgebieden van de LED-industrie zijn uitgebreid, zoals indicatielampjes voor huishoudelijke apparaten, autoverlichting, straatlantaarns en grote reclameborden. 

De succesvolle ontwikkeling van keramische PCB-substraten biedt betere oplossingen voor binnenverlichting en buitenverlichting en zorgt ervoor dat de LED-industrie in de toekomst een bredere markt kan veroveren.

Soorten keramische PCB's Dverdeeld door Materiaals

Keramische printplaten kunnen worden geclassificeerd op basis van de gebruikte materialen. Veelgebruikte materialen zijn aluminiumoxide, aluminiumnitride en siliciumnitride. Ze presteren verschillend op het gebied van warmteafvoer, isolatie en sterkte. Door het juiste materiaal te kiezen, kunt u de printplaat beter afstemmen op uw werkelijke gebruiksvereisten.

1. Alumina keramische printplaat

Aluminiumoxidekeramisch PCB-substraat is het meest gebruikte substraatmateriaal in de elektronische industrie. Vanwege de hoge sterkte en chemische stabiliteit in vergelijking met de meeste andere oxidekeramieken wat betreft mechanische, thermische en elektrische eigenschappen, en de ruime beschikbaarheid van grondstoffen, is het geschikt voor diverse technische productieprocessen en verschillende vormen. Het aluminiumoxidesubstraat kan in drie dimensies worden aangepast.

2. Berylliumoxide keramische printplaat

De thermische geleidbaarheid is hoger dan die van aluminium, waardoor het gebruikt kan worden in situaties waar een hoge thermische geleidbaarheid vereist is. Deze neemt echter snel af bij temperaturen boven de 300 °C. Het belangrijkste is dat de toxiciteit de eigen ontwikkeling beperkt.

Berylliumoxidekeramiek is keramiek met berylliumoxide als hoofdbestanddeel. Het wordt voornamelijk gebruikt als substraat voor grootschalige geïntegreerde schakelingen, krachtige gaslaserbuizen, koellichaam van transistors, microgolfuitgangsvensters en neutronenmoderators.

3. Aluminium nitride keramische printplaat

AlN heeft twee zeer belangrijke eigenschappen die het vermelden waard zijn: ten eerste een hoge thermische geleidbaarheid en ten tweede een uitzettingscoëfficiënt die overeenkomt met Si. Het nadeel is dat zelfs een zeer dunne oxidelaag op het oppervlak de thermische geleidbaarheid beïnvloedt. Alleen door strikte controle van de materialen en processen kunnen AlN-substraten met een goede consistentie worden geproduceerd. Er zijn in China weinig AlN-productietechnologieën die op grote schaal kunnen worden geproduceerd, zoals Sliton, en de prijs van AlN is relatief hoog in vergelijking met Al2O3, wat eveneens een klein knelpunt vormt dat de ontwikkeling ervan belemmert. Met de verbetering van de economie en technologie zal dit knelpunt echter uiteindelijk verdwijnen.

Om bovenstaande redenen is bekend dat aluminiumoxidekeramiek op grote schaal wordt gebruikt vanwege de superieure algehele prestaties. Het neemt nog steeds een dominante positie in op het gebied van micro-elektronica, vermogenselektronica, hybride micro-elektronica, vermogensmodules en andere gebieden.

AlN kan gestabiliseerd worden tot 2200 °C. De sterkte is hoog bij kamertemperatuur en neemt langzaam af bij temperatuurstijging. Het heeft een goede thermische geleidbaarheid, een lage thermische uitzettingscoëfficiënt en is een goed bestand tegen thermische schokken. Met een sterke weerstand tegen erosie van gesmolten metaal is het een ideaal smeltkroesmateriaal voor het smelten en gieten van zuiver ijzer, aluminium of aluminiumlegeringen. 

Aluminiumnitride is ook een elektrische isolator met goede diëlektrische eigenschappen en is veelbelovend voor gebruik als elektrische component. De aluminiumnitridecoating op het oppervlak van galliumarsenide beschermt het tegen ionenimplantatie tijdens het gloeien. Het is ook een katalysator voor de omzetting van aluminiumnitride van hexagonaal boornitride naar kubisch boornitride. Het reageert langzaam met water bij kamertemperatuur. Het kan worden gesynthetiseerd uit aluminiumpoeder bij 800~1000 °C in een ammoniak- of stikstofatmosfeer. Het product is wit tot grijsblauw. Het wordt gesynthetiseerd door reactie van het Al2O3-C-N2-systeem bij 1600~1750 °C en het product is een gebroken wit poeder. Aluminiumchloride en ammoniak worden bereid door een gasfasereactie. De coating kan worden gesynthetiseerd uit het AlCl3-NH3-systeem door gasfasedepositie.

4. Siliciumnitride keramische printplaat

Rogers Company introduceerde in 3 het nieuwe curamik®-serie keramische PCB-substraat van siliciumnitride (Si4N2012). Omdat de mechanische sterkte van siliciumnitride hoger is dan die van andere keramiek, kan het nieuwe curamik®-substraat ontwerpers helpen een lange levensduur te realiseren in zware werkomgevingen en HEV/EV- en andere toepassingen op het gebied van hernieuwbare energie.

De buigsterkte van het nieuwe keramische PCB-substraat van siliciumnitride is hoger dan die van het substraat van Al2O3 en AlN.

De breuktaaiheid van Si3N4 overtreft zelfs die van met zirkonia gedoteerd keramiek.

Tot nu toe werd de betrouwbaarheid van koperbeklede keramische PCB-substraten voor vermogensmodules beperkt door de lage buigsterkte van keramiek, wat de thermische cycluscapaciteit vermindert. Voor toepassingen die extreme thermische en mechanische belasting combineren, zoals hybride en elektrische voertuigen (HEV/EV), is het veelgebruikte keramische PCB-substraat niet de beste keuze. De thermische uitzettingscoëfficiënten van het substraat (keramische PCB) en de geleider (koper) verschillen sterk, wat tijdens de thermische cyclus druk uitoefent op het verbindingsoppervlak, waardoor de betrouwbaarheid afneemt. Dit keramische PCB-substraat uit de Curamik®-serie van siliciumnitride (Si3N4), dat Rogers Company op de PCIM-beurs van dit jaar introduceerde, verlengt de levensduur van vermogenselektronicamodules met een factor 10.

Keramisch PCB-productieproces

Het is essentieel dat de productie van keramische printplaten een reeks precieze stappen volgt. Al deze stappen moeten ervoor zorgen dat de geproduceerde keramische printplaat volledig aan het beoogde doel voldoet.

1. De eerste stap bij het vervaardigen van een keramische printplaat is het analyseren van de behoeften, vereiste sterkte, stijfheid en eigenschappen die verband houden met de geleidbaarheid.

2. Ten tweede moeten we een geschikt keramisch PCB-substraat als basis kiezen. Net als bij elk ander product zijn er verschillende materialen die aan verschillende behoeften voldoen. Alumina is een populaire keuze voor budgetvriendelijke projecten. Aluminiumnitride en berylliumoxide komen goed van pas wanneer een project een hoge thermische geleidbaarheid vereist.

3. Zodra we de perfecte basis voor onze keramische printplaat hebben, is het tijd voor de laseretstechniek om prints op het circuit te maken. Deze etsingen creëren een pad waarlangs de elektriciteit stroomt. Vervolgens gebruiken we, afhankelijk van de complexiteit van het circuit, dikke of dunne filmdepositie om de vereiste geleidende sporen te creëren.

4. Nu komt de meest cruciale stap: het bakken van de printplaat op extreem hoge temperaturen. Deze intense hitte smelt alles samen tot één samenhangend geheel.

5. Maar hiermee zijn we er nog niet. De reis van keramische PCB's gaat verder met het boren van gaten om bevestigingspunten te maken voor andere componenten – net als het bouwen van een miniatuurstad. Vervolgens worden de keramische PCB's beschermd met een anticorrosiecoating.

6. Ten slotte observeert en analyseert het kwaliteitsborgingsteam het volledige productieproces van keramische printplaten zorgvuldig. Omdat elke stap nauwgezet en tot in detail wordt uitgevoerd, kunnen we geen enkel risico nemen, want één verkeerde beweging kan het hele elektrische systeem ruïneren.

Dit is precies de reden waarom we onze klanten altijd aanraden om op zoek te gaan naar een betrouwbare fabrikant van keramische PCB's zoals PCB-basisVoor meer informatie of een offerte kunt u terecht op www.pcbasic.com.

Voordelen Ceramische printplaats

◆ De thermische uitzettingscoëfficiënt van het keramische PCB-substraat ligt dicht bij die van de siliciumchip, waardoor een Mo-plak van de overgangslaag kan worden bespaard, arbeid en materiaal kan worden bespaard en de kosten kunnen worden verlaagd;

◆ Verminder de laslaag, thermische weerstand, holtes en opbrengst;

◆ Bij dezelfde stroomsterkte bedraagt de lijnbreedte van 0.3 mm dikke koperfolie in een keramische printplaat slechts 10% van die van gewone printplaten;

◆ Uitstekende thermische geleidbaarheid zorgt ervoor dat de behuizing van de chip zeer compact is, waardoor de vermogensdichtheid aanzienlijk wordt verhoogd en de betrouwbaarheid van het systeem en het apparaat wordt verbeterd;

◆ Ultradun (0.25 mm) keramisch PCB-substraat kan BeO vervangen zonder schadelijke effecten voor het milieu;

◆ De stroomsterkte is groot. Een stroom van 100 A gaat continu door een koperen behuizing van 1 mm breed en 0.3 mm dik, waarbij de temperatuur met ongeveer 17 °C stijgt. Een stroom van 100 A gaat continu door een koperen behuizing van 2 mm breed en 0.3 mm dik, waarbij de temperatuur slechts met ongeveer 5 °C stijgt.

◆ Lage thermische weerstand. De thermische weerstand van 10 × 10 mm keramisch PCB-substraat is 0.31 k/W voor 0.63 mm keramisch PCB-substraat, 0.19 k/W voor 0.38 mm keramisch PCB-substraat en 0.14 k/W voor 0.25 mm keramisch PCB-substraat.

◆ Hoge isolatiewaarde en spanningsvastheid, waardoor de persoonlijke veiligheid en het beschermingsvermogen van de apparatuur worden gewaarborgd.

◆ Er kunnen nieuwe verpakkings- en assemblagemethoden worden gerealiseerd, waardoor de producten sterk geïntegreerd kunnen worden en het volume kan worden verkleind.

Prestaties Rvereiste voor Ceramische printplaats

In elektronische apparaten die werken onder hoge vermogens, hoge frequenties en extreme omstandigheden, is het voor traditionele FR4-printplaten steeds moeilijker geworden om te voldoen aan de strenge eisen op het gebied van warmteafvoer, elektrische prestaties en stabiliteit. Keramische printplaten zijn een ideale keuze geworden voor de nieuwe generatie elektronische behuizingen en circuitdragers dankzij de uitstekende thermische geleidbaarheid, elektrische isolatie en betrouwbaarheid. Laten we eens kijken naar de belangrijkste prestatie-eisen voor keramische printplaten.

Mechanische eigenschappen

Met een voldoende hoge mechanische sterkte kan een keramische printplaat naast dragende componenten ook als dragend element worden gebruikt. Het is gemakkelijk te verwerken en heeft een hoge maatnauwkeurigheid; het is gemakkelijk om meerlagige, gladde oppervlakken te produceren zonder kromtrekken, buigen, microscheuren, enz.

Elektrische eigenschappen

Hoge isolatieweerstand en isolatiedoorslagspanning; Lage diëlektrische constante; Laag diëlektrisch verlies; Stabiele prestaties bij hoge temperaturen en hoge vochtigheid. Keramische PCB garandeert betrouwbaarheid.

Thermische eigenschappen

Hoge thermische geleidbaarheid; De thermische uitzettingscoëfficiënt is afgestemd op de verwante materialen (met name de thermische uitzettingscoëfficiënt van Si); Uitstekende hittebestendigheid.

Overige eigenschappen

Goede chemische stabiliteit; Eenvoudige metallisatie, sterke hechting tussen de circuitpatronen en deze; Geen hygroscopiciteit; Bestand tegen olie en chemicaliën; De hoeveelheid uitgezonden straling is gering; De gebruikte stoffen zijn vervuilingsvrij en niet-giftig; De kristalstructuur verandert niet binnen het gebruikstemperatuurbereik; Rijk aan grondstoffen; Geavanceerde technologie; Eenvoudig te produceren; Lage prijs.

Over PCBasic

Tijd is geld in uw projecten – en PCB-basis begrijpt het. PCBasic is een PCB-assemblagebedrijf: die elke keer snelle, vlekkeloze resultaten levert. Onze uitgebreide PCB-assemblagediensten: bieden deskundige technische ondersteuning bij elke stap, waardoor topkwaliteit in elk bord wordt gegarandeerd. Als toonaangevend Fabrikant van PCB-assemblage:, Wij bieden een totaaloplossing die uw toeleveringsketen stroomlijnt. Werk samen met onze geavanceerde PCB-prototypefabriek voor snelle doorlooptijden en superieure resultaten waarop u kunt vertrouwen.

Aanvraags van keramische printplaten

◆ Halfgeleidermodule met hoog vermogen; halfgeleiderkoelkast, elektronische verwarming; RF-vermogensregelcircuit, vermogenshybridecircuit.

◆ Intelligente vermogenscomponenten: hoogfrequent schakelende voeding en solid-state-relais.

◆ Auto-elektronica, elektronische componenten voor de lucht- en ruimtevaart en het leger.

◆ Montage van zonnepanelen; Privé-telecommunicatiecentrale, ontvangstsysteem; Laser en andere industriële elektronica.

Waarom keramische printplaten gebruiken in plaats van andere printplaten?

Vergeleken met de traditionele FR4-printplaat of metalen substraat-MCPCB, biedt de keramische substraat-printplaat aanzienlijke voordelen op meerdere belangrijke prestatie-indicatoren. De uitstekende thermische geleidbaarheid, extreem lage thermische uitzettingscoëfficiënt, uitstekende elektrische isolatie en frequentierespons maken het een ideale keuze voor hoogwaardige en zeer betrouwbare elektronische apparaten, met name geschikt voor vermogenselektronica, radiofrequentiecommunicatie en toepassingen in zware omstandigheden.

Hier zien we de multidimensionale voordelen van keramische printplaten, met name in toepassingen met hoog vermogen, hoge frequenties en hoge betrouwbaarheid. Ze presteren op belangrijke gebieden beter dan zowel FR4 als MCPCB, waardoor keramische printplaten de voorkeurskeuze zijn voor veel geavanceerde elektronische systemen.

Conclusie

Naarmate elektronische apparaten compacter en krachtiger worden, neemt de vraag naar robuuste thermische en elektrische oplossingen toe. Keramische printplaten onderscheiden zich door hun superieure prestaties onder extreme omstandigheden, waardoor ze essentieel zijn voor toepassingen met een hoge betrouwbaarheid. Of u nu ontwerpt voor de auto-industrie, de lucht- en ruimtevaart of krachtige leds, de keuze voor de juiste fabrikant en het juiste substraat voor keramische printplaten kan het succes van uw product op de lange termijn garanderen.