O que é PCB de cerâmica? | Um guia completo para placas de circuito de cerâmica

Como profissional da indústria eletrônica, você pode estar preocupado com essa nova onda de PCBs cerâmicos com desempenho superior ao das tradicionais. Se você está se perguntando o que realmente é uma PCB cerâmica, quais são suas aplicações e como ela é fabricada, este blog é para você. Neste blog, explicaremos em detalhes os PCBs cerâmicos e veremos o que os torna diferentes dos PCBs tradicionais e qual deles você precisa para as necessidades do seu circuito.

As PCBs tradicionais apresentam um desempenho muito ruim na dissipação de calor devido ao substrato que utilizam, principalmente fibra de vidro e epóxi. Elas retêm calor dentro dos circuitos, o que causa mau funcionamento quando a temperatura aumenta, o que as torna uma opção ruim para componentes elétricos de alto desempenho.

A indústria eletrônica precisava de uma PCB melhor para dissipar o calor com mais eficiência do que as tradicionais. Essa lacuna de mercado foi preenchida pelas PCBs cerâmicas, que possuem propriedades extraordinárias de dissipação de calor com baixo CTE e constante dielétrica. Vamos dar uma rápida olhada na introdução do PCB de cerâmica e ver quando você precisa de um PCB de cerâmica.

Uma introdução ao PCB cerâmico

Na indústria eletrônica moderna, espera-se que uma PCB dissipe melhor o calor e forneça um forte suporte mecânico para os componentes elétricos a ela conectados. Já a PCB cerâmica, como o nome sugere, é basicamente composta por núcleos cerâmicos. Ela comumente utiliza alumina, óxido de berílio e aluminato de magnésio como materiais de substrato. Outros núcleos cerâmicos também são usados ​​na fabricação de PCBs cerâmicos, incluindo carboneto de silício, óxido de alumínio, nitreto de boro e muitos outros. A seleção do núcleo cerâmico adequado depende dos requisitos do circuito, pois cada substrato cerâmico para PCB possui suas próprias propriedades únicas, que são utilizadas corretamente para obter o resultado desejado.

Algumas propriedades dos núcleos cerâmicos são as seguintes:

1.   Boa condutividade térmica.

2.   Menos corrosão.

3.   Resistência mecânica aprimorada.

4.   Tecnologia de película espessa - fina.

5.   Vastas técnicas de miniaturização.

6.   Rastreamento de placa de circuito cerâmico de alta densidade.

7.   Integração multicamadas.

PCB de cerâmica vs. PCB tradicional

A questão de quando empregar uma PCB cerâmica surge agora. De fato, as PCBs cerâmicas são superiores às PCBs convencionais em todos os aspectos. Mas os fatores de custo e qualidade são sempre centrais na decisão sobre o tipo de PCB. As PCBs tradicionais seriam a alternativa ideal se você procura soluções mais econômicas. Por outro lado, as PCBs cerâmicas são a melhor opção se você trabalha em indústrias delicadas, onde os riscos são inexistentes, pois oferecem confiabilidade e durabilidade ao longo do tempo.

Ou você pode comparar esses dois tipos de PCB e ver o que os diferencia.

Como fica evidente na tabela acima, as PCBs cerâmicas são muito superiores às PCBs tradicionais. O material do substrato cerâmico é composto por núcleos cerâmicos. Esses núcleos são mais eficientes em temperaturas e frequências mais altas. Sem elétrons livres, eles têm pouquíssima chance de interferir nos sinais.

Além disso, materiais como resina epóxi e fibra de vidro absorvem umidade com o tempo. Também observamos maior absorção de umidade e delaminação física em PCBs tradicionais. PCBs cerâmicos, por outro lado, têm menor probabilidade de absorver umidade, tornando-os mais estáveis ​​em ambientes com umidade mais alta do que o normal.

Os PCBs tradicionais são mais baratos. No entanto, com baixas propriedades de dissipação de calor, não são uma opção viável quando se trata de miniaturização. Em contraste, os PCBs cerâmicos são superiores aos tradicionais nesse aspecto devido aos seus designs de alta densidade. Portanto, os PCBs cerâmicos podem ser usados ​​em circuitos de tamanho muito pequeno.

Vantagens do PCB de cerâmica

Ssuperior Hcomer Condutividade

O benefício mais conhecido e notável das placas de circuito impresso (PCB) de cerâmica é sua superior condutividade térmica. Para aplicações de alta densidade de potência, como componentes de RF, eletrônica de potência e módulos de LED, onde o calor precisa ser drenado para garantir um desempenho elétrico suave e evitar qualquer fuga térmica, as placas de circuito impresso de cerâmica são fortemente recomendadas e preferidas. Além disso, com PCBs de cerâmica, é possível integrar Interconexões de Alta Densidade (HDIs) em circuitos em miniatura. Como não são necessários dissipadores de calor, fica mais fácil trabalhar com placas de circuito de pequeno porte. Em contraste, com PCBs tradicionais, é necessária uma configuração adequada de dissipador de calor para melhor dissipação de calor, que ocupa mais espaço.

CTE baixo

O segundo benefício das placas de circuito impresso de cerâmica é seu baixo coeficiente de expansão térmica (CTE). Este valor de CTE da cerâmica é comparável ao CTE dos semicondutores. Além disso, fortes conexões interatômicas permitem que funcionem bem em altas temperaturas sem comprometer a eficiência.

Vazamento Dielétrico Limitado

A fuga dielétrica em PCBs cerâmicos é limitada, geralmente inferior a 0.001, mesmo em altas frequências. Essa qualidade permite seu uso em dispositivos de alta frequência, incluindo infraestrutura 5G e circuitos de micro-ondas.

Thermal Sjarrete Resistência

PCBs cerâmicos apresentam melhor desempenho em temperaturas extremas e regulam bem o calor. Especialmente na indústria de aviônicos aeroespaciais, os PCBs cerâmicos apresentam melhor desempenho devido à sua capacidade de suportar a tecnologia chip-on-board (COB) para fixação direta de matrizes.

Tipos de PCB de cerâmica

Nesta seção, discutiremos quatro tipos principais de PCBs cerâmicos. Esses tipos não se limitam a apenas quatro, mas para ter uma ideia sobre os diversos tipos de substratos cerâmicos para PCBs, aqui estão alguns dos núcleos cerâmicos mais populares e utilizados para PCBs.

PCBs cerâmicos de alumina (Al₂O₃)

A alumina é um dos substratos cerâmicos para PCB mais utilizados devido ao seu baixo custo. Possui condutividade térmica de 20 a 30 W/mK, até 65 vezes maior do que as PCBs tradicionais feitas com FR-4. Aqui está um resumo das PCBs cerâmicas de alumina.

PCBs cerâmicos de nitreto de alumínio (AIN)

A PCB de cerâmica de nitreto de alumínio tem um custo de fabricação relativamente alto em comparação com a alumina, mas possui uma condutividade térmica excepcional entre 140-180 W/mK, o que a torna uma escolha perfeita para circuitos de alta potência e alta frequência. Aqui estão mais alguns detalhes sobre PCBs de cerâmica de nitreto de alumínio.

PCBs cerâmicos de óxido de berílio (BeO)

PCBs cerâmicos de óxido de berílio apresentam a mais alta condutividade térmica, variando de 250 a 300 W/mK, o que os torna a escolha perfeita para uso em circuitos que exigem alto desempenho em altas temperaturas. Aqui está uma breve visão geral.

PCBs cerâmicos de aluminato de magnésio (MgAl₂O₄)

Comparado ao BeO e ao AIN, o aluminato de magnésio, que tem condutividade térmica muito baixa, é uma opção mais acessível.

Processo de fabricação de PCB de cerâmica

É essencial que a fabricação de PCBs cerâmicos siga uma série de etapas precisas. Todas essas etapas devem garantir que a placa de circuito cerâmico fabricada atenda plenamente à sua finalidade.

O primeiro passo na fabricação de um PCB cerâmico é analisar as necessidades, a resistência exigida, a rigidez e as propriedades associadas à sua condutividade.

Em segundo lugar, precisamos escolher um substrato cerâmico adequado para PCB como base. Assim como qualquer outro produto, diferentes materiais atendem a diferentes necessidades. A alumina é uma escolha popular para projetos com orçamento limitado. Nitreto de Alumínio e Óxido de Berílio são úteis quando um projeto exige alta condutividade térmica para estar na linha de frente.

Depois de obtermos a base perfeita para nossa placa de circuito impresso de cerâmica, é hora da gravação a laser, que imprimirá as impressões no circuito. Essas gravações criam um caminho para o fluxo de eletricidade. Em seguida, dependendo da complexidade do circuito, utilizamos a deposição de filme fino ou espesso para criar os traços condutores necessários.

Agora vem a etapa mais crucial: queimar a placa em temperaturas escaldantes. Esse calor intenso funde tudo, formando uma unidade coesa.

Mas isso ainda não acabou. A jornada das placas de circuito impresso de cerâmica continua com a perfuração de furos para a montagem de outros componentes — como na construção de uma cidade em miniatura. Em seguida, as placas de circuito impresso de cerâmica são protegidas com um revestimento anticorrosivo.

Por fim, a equipe de garantia de qualidade observa e analisa cuidadosamente todo o processo de fabricação de PCBs cerâmicos. Cada etapa envolve grande atenção aos detalhes, por isso não podemos correr riscos, pois um movimento errado pode danificar todo o sistema elétrico.

É exatamente por isso que sempre recomendamos que nossos clientes procurem um fabricante confiável de PCB de cerâmica como PC Basic. Para mais informações ou para obter um orçamento, visite www.pcbasic.com.

Aplicações de Placas Cerâmicas

Eletrônica de Potência

PCBs cerâmicos são mais comumente usados ​​em inversores e acionamentos de motores. O principal motivo são suas melhores propriedades de dissipação de calor.

Circuitos de RF e Microondas

PCBs cerâmicos também são bastante utilizados em sistemas de RF e micro-ondas, pois não interferem facilmente em frequências de alta frequência, graças à sua baixa constante dielétrica. Além disso, PCBs cerâmicos podem ser encontrados em sistemas de satélite, geralmente acoplados a substratos BeO e AIN.

LED e Optoeletrônica

Quando LEDs de alta potência são usados ​​por muito tempo, o circuito esquenta muito e esse calor precisa ser dissipado. É por isso que vemos o uso de PCBs cerâmicos nesses aparelhos. Da mesma forma, PCBs cerâmicos também são usados ​​em fotodiodos e diodos laser para reduzir o estresse térmico.

Eletrônica automotiva

Na indústria automotiva, cada carro novo é fabricado com especificações e desempenho superiores. Para tornar o sistema elétrico do carro mais confiável e resistente ao calor, engenheiros utilizam PCBs de cerâmica para melhor dissipação de calor, aumentando assim o desempenho geral dos veículos.

Aeroespacial e defesa

Em altas temperaturas, os PCBs cerâmicos ajudam a reduzir a tensão térmica melhor do que qualquer outro tipo de PCB tradicional.

Conclusão

PCBs de cerâmica são a escolha certa para quem busca um investimento de longo prazo em circuitos. As aplicações e propriedades de um PCB de cerâmica vão além do PCB tradicional. Se você está procurando um parceiro para PCB de cerâmica, PC Basic A Technicolor está aqui para te ajudar! Eles podem construir PCBs de cerâmica de alta qualidade para que seus projetos sejam rápidos e bem-sucedidos. Para saber mais, visite www.pcbasic.com e veja o que eles podem fazer por você!

Sobre PCBasic

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