Вероятно, вы видели печатные платы — обычно зеленые, с множеством мелких деталей на них. Эти зеленые платы — это печатные платы. Но как насчет электроники, которая должна выдерживать больше тепла или быть меньше и прочнее? Главное отличие — это материал. Одним из очень важных материалов является подложка из оксида алюминия.
Для многих электронных устройств стандартной основой является зеленая FR-4. Однако для более сложных работ вам понадобится что-то другое. Видите ли, глинозем — это тип керамики. Алюминиевые подложки — это керамические платы, изготовленные из оксида алюминия.
Почему важно, из чего сделан субстрат? Потому что материал влияет на 3 важных момента:
1. Насколько хорошо работает схема?
2. Какую температуру он может выдержать?
3. И как долго это длится?
Этот момент особенно важен для мощной и высокотемпературной электроники. Так что если вы хотите расширить свои знания о материалах, таких как оксид алюминия, это хороший следующий шаг. Не паникуйте, если это звучит технически; мы разберем это просто.
Что такое подложка из оксида алюминия?
Итак, суть в том, что подложка из оксида алюминия по сути является плоской деталью, сделанной из керамического материала. Этот материал в основном представляет собой оксид алюминия, который химики обозначают как Al₂O₃. Это то же самое вещество, из которого сделаны рубины и сапфиры, но в менее чистой, обычно белой или почти белой форме для электроники.
Знаете, керамика, такая как оксид алюминия, очень твердая. Она выдерживает высокие температуры гораздо лучше, чем пластикоподобный материал, используемый в стандартных печатных платах. Инженеры знают, что это материал со стабильными свойствами. Он не сильно меняется, даже когда что-то нагревается или подаются электрические сигналы.
Очевидно, что использование стабильной основы помогает создавать надежную электронику. Эти подложки обычно представляют собой тонкие плоские листы. Они бывают разных размеров. Они обеспечивают прочную непроводящую основу. «Непроводящая» означает, что электричество не может легко течь через нее. Это важно, поскольку вы хотите, чтобы электричество следовало по путям, которые вы создаете на поверхности, а не терялось в самом базовом материале. Это непроводящее свойство является ключевым преимуществом.
Зачем использовать подложки из оксида алюминия?
Почему для определенных работ выбирают оксид алюминия, а не другие материалы? Все сводится к его свойствам. Этот момент заметен — оксид алюминия обладает сочетанием характеристик, которые делают его отличным для многих электронных приложений.
1. Отличный электроизолятор
Оксид алюминия вообще не проводит электричество. Это жизненно важно для предотвращения нежелательной утечки тока. Он удерживает электрические сигналы там, где им положено быть, на проводящих дорожках на поверхности.
2. Хороший проводник тепла
Хотя оксид алюминия не проводит электричество, он на удивление хорошо проводит тепло. прочь от компонентов. Это очень важное свойство. Электронные детали, особенно мощные, такие как процессоры или светодиоды, создают тепло. Если это тепло не отводить, детали могут перегреться и выйти из строя. Оксид алюминия помогает распределить тепло или переместить его на радиатор. Одновременно он разделяет электрические сигналы. Такое сочетание электроизоляции и теплопроводности трудно найти в других материалах.
3. Высокая механическая прочность и твердость
Оксид алюминия очень твердый и прочный. Это делает подложку долговечной. Она может выдерживать обработку и некоторые физические нагрузки. К ней можно надежно прикрепить компоненты. Она намного жестче стандартных материалов для печатных плат.
4. Устойчивость к высоким температурам
Оксид алюминия может работать при гораздо более высоких температурах, чем типичные органические материалы для печатных плат. Это делает его идеальным для электроники, которая нагревается во время использования или должна работать в горячих условиях.
5. Химическая стойкость
Он хорошо выдерживает воздействие многих химикатов, используемых в производственных процессах или которые могут присутствовать в суровых условиях эксплуатации.
6. Экономически эффективным
Хотя оксид алюминия дороже стандартного FR-4, он относительно дешев по сравнению с другими высокопроизводительные керамические подложки, такие как нитрид алюминия. Это делает его практичным выбором для многих приложений, где требуется более высокая производительность, чем у FR-4, но нет бюджета на керамику высшего уровня. Сравнительный анализ различных материалов показывает, что оксид алюминия обеспечивает хорошее соотношение производительности и цены.
При проектировании надежной электроники все имеет значение. В совокупности эти свойства объясняют, почему был выбран оксид алюминия.
О PCBasic
Время — деньги в ваших проектах — и PCBasic получает это. PCБазовый - это компания по сборке печатных плат который обеспечивает быстрые и безупречные результаты каждый раз. Наш комплексный Услуги по сборке печатных плат включают экспертную инженерную поддержку на каждом этапе, гарантируя высочайшее качество каждой платы. Как ведущий производитель сборки печатных плат, мы предлагаем комплексное решение, которое оптимизирует вашу цепочку поставок. Сотрудничайте с нашими передовыми Завод по производству прототипов печатных плат для быстрого выполнения заказов и превосходных результатов, которым вы можете доверять.
Как изготавливаются подложки из оксида алюминия?
Изготовление подложек из оксида алюминия включает несколько основных этапов.
1. Приготовьте порошок.
Начинается с очень мелкого порошка оксида алюминия. Этот порошок смешивается со связующими веществами и растворителями для создания суспензии, похожей на густую жидкость или пасту.
2. Формирование листа
Эту суспензию распределяют по плоской поверхности с помощью процесса, называемого «литьем ленты». Это создает тонкий, гибкий лист (похожий на ленту). Толщина тщательно контролируется.
3. Резка и штамповка
Пока материал находится в этом гибком состоянии («зеленая лента»), его разрезают на нужные размеры и формы. Для соединений, проходящих через подложку, могут быть пробиты отверстия.
4. Стрельба
Затем вырезанные детали нагревают в высокотемпературной печи. Этот процесс обжига называется спеканием. Связующие вещества выгорают, а частицы оксида алюминия сплавляются, образуя твердую, жесткую керамику. Этот обжиг слегка усаживает подложку, и эту усадку необходимо учитывать при проектировании.
В результате этого процесса получается твердая белая доска, используемая в качестве подложки.
Применение подложек из оксида алюминия
Подложки из оксида алюминия используются во многих местах, часто в электронике, где решающее значение имеют тепло, размер или надежность.
1. Гибридные интегральные схемы
Это основная область. HIC объединяют различные типы компонентов непосредственно на подложке из оксида алюминия. Здесь используются такие методы, как обработка толстой и тонкой пленки, для создания токопроводящих дорожек и даже некоторых компонентов непосредственно на керамике. Компании PCB и PCBA, которые производят специализированную электронику, часто используют оксид алюминия для HIC.
2. Мощная электроника
Поскольку оксид алюминия так хорошо справляется с теплом, его используют в модулях, которые управляют большой мощностью, например, в электромобилях, блоках питания или солнечных инверторах. Он помогает сохранять горячие компоненты холодными.
3. Светодиодное освещение
Светодиоды высокой яркости генерируют значительное количество тепла. Для монтажа светодиодов часто используются подложки из оксида алюминия, которые помогают рассеивать тепло, увеличивая срок их службы и производительность.
4. Автомобильная электроника
В современных автомобилях много электроники, работающей в горячих моторных отсеках. Температурная устойчивость оксида алюминия здесь играет ключевую роль.
5. Медицинские устройства
Надежность имеет решающее значение в медицинских имплантатах или диагностическом оборудовании. Стабильность и биосовместимость оксида алюминия делают его пригодным для некоторых медицинских применений.
6. Радиочастотная и микроволновая электроника
Для некоторых высокочастотных схем электрические свойства оксида алюминия полезны. В то время как передовая керамика может потребоваться для очень высоких частот, оксид алюминия хорошо подходит для многих радиочастотных приложений. Создание прототипа для радиочастотного модуля вполне может включать использование подложки из оксида алюминия.
Если мыслить нестандартно, свойства оксида алюминия потенциально могут оказаться полезными в еще большем количестве областей, требующих управления теплом и электроизоляции.
Сравнение с другими субстратами
Как оксид алюминия соотносится с другими материалами?
1. Алюминиевые подложки против FR-4
FR-4 дешевле и проще в работе (сверлить, резать, многослойность). Но FR-4 выдерживает меньше тепла, а его электрические свойства больше изменяются в зависимости от температуры и частоты. То, что FR-4 распространен, не означает, что он всегда лучший. Оксид алюминия лучше с точки зрения тепла и стабильности, но он более хрупкий и требует других методов производства.
2. Подложки из оксида алюминия против нитрида алюминия
AlN — еще одна керамическая подложка. Она имеет много лучшая теплопроводность, чем у оксида алюминия. Однако он также дороже и его сложнее обрабатывать. Оксид алюминия предлагает хороший баланс для многих применений, где не нужны экстремальные тепловые характеристики AlN.
Выбор правильной подложки является частью проектирования для технологичности. Вы выбираете материал, который отвечает требованиям производительности, но не слишком дорогой или сложный в изготовлении.
Вывод
Итак, суть в том, что подложки из оксида алюминия являются необходимыми керамическими основаниями для электроники, особенно там, где важны тепло и надежность. Их основные сильные стороны — электроизоляция, хорошая теплопередача и долговечность. Вы найдете их в силовых модулях, светодиодах и гибридных схемах. Хотя они требуют осторожного обращения, оксид алюминия предлагает экономически эффективную, высокопроизводительную альтернативу стандартным материалам печатных плат для многих критически важных приложений.
