Обзор керамических печатных плат

Керамическая подложка печатной платы относится к специальной технологической плате с медной фольгой, непосредственно прикрепленной к поверхности (с одной или двух сторон) керамической подложки печатной платы из оксида алюминия (Al2O3) или нитрида алюминия (AlN) при высоких температурах. Изготовленная сверхтонкая композитная подложка обладает превосходной электроизоляцией, высокой теплопроводностью, превосходной паяемостью и высокой прочностью сцепления, а также может травить различные узоры, поэтому она имеет большую пропускную способность по току. Поэтому керамическая подложка печатной платы стала основным материалом для технологии структурирования мощных электронных схем и технологии межсоединений.

Появление керамических подложек печатных плат положило начало новому развитию отрасли применения теплоотвода. Благодаря характеристикам теплоотвода керамической подложки печатных плат и преимуществам керамической подложки печатных плат, таким как высокая теплоотдача, низкое тепловое сопротивление, длительный срок службы и устойчивость к напряжению, с улучшением производственной технологии и оборудования цена продукта была ускорена и рационализирована, тем самым расширяя области применения светодиодной промышленности, такие как индикаторные лампы бытовой техники, автомобильные фары, уличные фонари и большие наружные рекламные щиты. 

Успешная разработка керамической подложки для печатных плат обеспечивает более качественное обслуживание изделий внутреннего и наружного освещения и открывает светодиодной промышленности более широкий рынок в будущем.

Типы керамических печатных плат Dподтверждено Materials

Керамические печатные платы можно классифицировать по используемым материалам. Распространенные материалы включают оксид алюминия, нитрид алюминия и нитрид кремния. Они по-разному работают с точки зрения рассеивания тепла, изоляции и прочности. Выбор правильного материала может сделать печатную плату более подходящей для ваших реальных требований к использованию.

1. Печатная плата из алюмооксидной керамики

Алюмооксидная керамическая подложка для печатных плат является наиболее часто используемым материалом подложки в электронной промышленности, поскольку благодаря своей высокой прочности и химической стабильности по сравнению с большинством других оксидных керамик по механическим, термическим и электрическим свойствам, а также обильному сырью, она подходит для различных технических производств и различных форм. Алюмооксидная подложка может быть изготовлена ​​по индивидуальному заказу в трех измерениях.

2. Керамическая печатная плата из оксида бериллия

Его теплопроводность выше, чем у алюминия, поэтому его можно использовать в случаях, когда требуется высокая теплопроводность, но она быстро снижается, когда температура превышает 300℃. Самое главное, что его токсичность ограничивает его собственное развитие.

Керамика из оксида бериллия — это керамика, основным компонентом которой является оксид бериллия. Она в основном используется в качестве подложки для крупномасштабных интегральных схем, мощной газовой лазерной трубки, оболочки радиатора транзистора, выходного окна СВЧ-излучения и замедлителя нейтронов.

3. Печатная плата из керамики на основе нитрида алюминия

У AlN есть два очень важных свойства, которые стоит отметить: одно из них — высокая теплопроводность, а другое — коэффициент расширения, соответствующий Si. Недостатком является то, что даже если на поверхности есть очень тонкий оксидный слой, он повлияет на теплопроводность. Только путем строгого контроля материалов и процессов можно изготавливать подложки AlN с хорошей стабильностью. В Китае мало технологий производства AlN, которые можно производить в больших масштабах, как Sliton, а цена AlN относительно высока по сравнению с Al2O3, что также является небольшим узким местом, ограничивающим его развитие. Однако с улучшением экономики и технологий это узкое место в конечном итоге исчезнет.

Из вышеперечисленного следует, что алюмооксидная керамика широко используется благодаря своим превосходным комплексным характеристикам и по-прежнему занимает доминирующее положение в микроэлектронике, силовой электронике, гибридной микроэлектронике, силовых модулях и других областях.

AlN может быть стабилизирован до 2200℃. Прочность высокая при комнатной температуре, и прочность медленно уменьшается с повышением температуры. Он имеет хорошую теплопроводность, малый коэффициент теплового расширения и является хорошим материалом, устойчивым к тепловому удару. С сильной устойчивостью к эрозии расплавленного металла, он является идеальным материалом тигля для плавки и литья чистого железа, алюминия или алюминиевого сплава. 

Нитрид алюминия также является электроизолятором с хорошими диэлектрическими свойствами, и его также можно использовать в качестве электрического компонента. Покрытие из нитрида алюминия на поверхности арсенида галлия может защитить его от ионной имплантации во время отжига. Он также является катализатором для преобразования нитрида алюминия из гексагонального нитрида бора в кубический нитрид бора. Он медленно реагирует с водой при комнатной температуре. Его можно синтезировать из алюминиевого порошка при 800~1000 ℃ в атмосфере аммиака или азота. Продукт представляет собой порошок от белого до серо-голубого цвета. Он синтезируется реакцией системы Al2O3-C-N2 при 1600~1750 ℃, и продукт представляет собой не совсем белый порошок. Хлорид алюминия и аммиак получаются путем газофазной реакции. Покрытие можно синтезировать из системы AlCl3-NH3 путем осаждения из газовой фазы.

4. Керамическая печатная плата на основе нитрида кремния

Компания Rogers Company представила новую керамическую подложку для печатных плат серии Curamik® из нитрида кремния (Si3N4) в 2012 году. Поскольку механическая прочность нитрида кремния выше, чем у других видов керамики, новая подложка Curamik® может помочь разработчикам добиться длительного срока службы в суровых рабочих условиях, а также в гибридных и электромобилях и других областях применения возобновляемых источников энергии.

Прочность на изгиб новой керамической подложки печатной платы из нитрида кремния выше, чем у подложки из Al2O3 и AlN.

Вязкость разрушения Si3N4 даже превышает таковую у керамики, легированной диоксидом циркония.

До сих пор надежность керамической подложки печатной платы с медным покрытием, используемой в силовых модулях, ограничивалась низкой прочностью керамики на изгиб, что снижает способность к тепловому циклу. Для тех приложений, которые сочетают экстремальные термические и механические нагрузки, таких как гибридные автомобили и электромобили (HEV/EV), обычно используемая керамическая подложка печатной платы не является лучшим выбором. Коэффициенты теплового расширения подложки (керамическая печатная плата) и проводника (медь) сильно различаются, что будет оказывать давление на область соединения во время теплового цикла, тем самым снижая надежность. Эта керамическая подложка печатной платы из нитрида кремния (Si3N4) серии curamik®, представленная компанией Rogers Company на выставке PCIM в этом году, продлит срок службы силовых электронных модулей в 10 раз.

Процесс производства керамических печатных плат

Для производства керамических печатных плат необходимо следовать ряду точных шагов. Все эти шаги должны гарантировать, что изготовленная керамическая печатная плата полностью соответствует своему назначению.

1. Первым шагом в производстве керамической печатной платы является анализ потребностей, требуемой прочности, жесткости и свойств, связанных с ее проводимостью.

2. Во-вторых, нам нужно выбрать подходящую керамическую подложку печатной платы в качестве основы. Как и любой другой продукт, разные материалы подходят для разных нужд. Оксид алюминия — популярный выбор для бюджетных проектов. Нитрид алюминия и оксид бериллия пригодятся, когда проект требует высокой теплопроводности, чтобы быть на передовой.

3. Как только у нас есть идеальная основа для нашей керамической печатной платы, наступает время для лазерного травления, чтобы сделать отпечатки на схеме. Эти травления создают путь для тока электричества. Затем, в зависимости от сложности схемы, мы используем осаждение толстой или тонкой пленки, чтобы создать необходимые проводящие дорожки.

4. Теперь наступает самый ответственный этап — обжиг доски при палящих температурах. Этот сильный жар сплавляет все воедино, превращая в единое целое.

5. Но это еще не все. Путешествие керамической печатной платы продолжается сверлением отверстий для создания креплений для других компонентов, чтобы соединить их - как при строительстве миниатюрного города. Затем керамические печатные платы защищаются антикоррозионным покрытием.

6. Наконец, группа обеспечения качества внимательно наблюдает и анализирует весь процесс производства керамических печатных плат. Поскольку каждый шаг требует большого внимания к деталям, мы не можем рисковать ни одним шагом, поскольку одно неверное движение может разрушить всю электрическую систему.

Именно поэтому мы всегда рекомендуем нашим клиентам искать надежного производителя керамических печатных плат, например PCBasic. Для получения дополнительной информации или получения расценок посетите www.pcbasic.com.

Преимущества Cкерамическая печатная платаs

◆ Коэффициент теплового расширения керамической подложки печатной платы близок к коэффициенту теплового расширения кремниевого чипа, что позволяет экономить Mo-слой переходного слоя, экономить рабочую силу, материал и снижать стоимость;

◆ Уменьшить сварочный слой, термическое сопротивление, пустоты и текучесть;

◆ При той же пропускной способности тока ширина линии медной фольги толщиной 0.3 мм в керамической печатной плате составляет всего 10% от ширины линии на обычных печатных платах;

◆ Отличная теплопроводность делает корпус микросхемы очень компактным, что значительно увеличивает плотность мощности и повышает надежность системы и устройства;

◆ Сверхтонкая (0.25 мм) керамическая подложка для печатной платы может заменить BeO без токсичности для окружающей среды;

◆ Пропускная способность тока велика, и ток 100 А непрерывно проходит через медное тело шириной 1 мм и толщиной 0.3 мм, а температура повышается примерно на 17 ℃. Ток 100 А непрерывно проходит через медное тело шириной 2 мм и толщиной 0.3 мм, а температура повышается всего на 5 ℃.

◆ Низкое тепловое сопротивление. Тепловое сопротивление керамической подложки печатной платы размером 10×10 мм составляет 0.31 К/Вт для керамической подложки печатной платы толщиной 0.63 мм, 0.19 К/Вт для керамической подложки печатной платы толщиной 0.38 мм и 0.14 К/Вт для керамической подложки печатной платы толщиной 0.25 мм.

◆ Высокая изоляция и выдерживаемое напряжение, гарантирующие безопасность людей и защитную способность оборудования.

◆ Могут быть реализованы новые методы упаковки и сборки, которые позволят сделать продукцию высокоинтегрированной и сократить объем.

Эффективности Requirement для Скерамическая печатная платаs

В электронных устройствах, работающих при высокой мощности, высокой частоте и в экстремальных условиях, традиционные печатные платы FR4 стали плохо соответствовать строгим требованиям по рассеиванию тепла, электрическим характеристикам и стабильности. Керамическая печатная плата стала идеальным выбором для нового поколения электронных корпусов и носителей схем благодаря своей превосходной теплопроводности, электроизоляции и надежности. Давайте рассмотрим основные требования к производительности керамических печатных плат.

Механические свойства

Керамическая печатная плата с достаточно высокой механической прочностью может также использоваться в качестве опорного элемента в дополнение к несущим компонентам. Она имеет хорошую обрабатываемость и высокую размерную точность; легко реализуется многослойность, гладкие поверхности без коробления, изгиба, микротрещин и т. д.

Электрические свойства

Высокое сопротивление изоляции и напряжение пробоя изоляции; Низкая диэлектрическая проницаемость; Низкие диэлектрические потери; Стабильная работа в условиях высокой температуры и высокой влажности, керамическая печатная плата обеспечивает надежность.

Тепловые свойства

Высокая теплопроводность; Коэффициент теплового расширения соответствует родственным материалам (особенно коэффициенту теплового расширения Si); Отличная термостойкость.

Другие свойства

Хорошая химическая стабильность; Легкая металлизация, прочное сцепление между схемами и ними; Отсутствие гигроскопичности; Устойчивость к маслу и химикатам; ɑ количество испускаемого излучения мало; Применяемые вещества не загрязняют окружающую среду и нетоксичны; Кристаллическая структура не изменяется в диапазоне температур использования; Богатое сырье; Отработанная технология; Простота производства; Низкая цена.

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.

Заполнительs Керамические печатные платы

◆ Мощный силовой полупроводниковый модуль; Полупроводниковый холодильник, электронный нагреватель; Схема управления высокочастотной мощностью, силовая гибридная схема.

◆ Интеллектуальные силовые компоненты: высокочастотный импульсный источник питания и твердотельное реле.

◆ Автомобильная электроника, аэрокосмическая и военная электроника.

◆ Сборка солнечных панелей; Телекоммуникационные частные станции, приемные системы; Лазеры и другая промышленная электроника.

Почему следует использовать керамические печатные платы, а не другие платы?

По сравнению с традиционной печатной платой FR4 или металлической подложкой MCPCB, керамическая подложка PCB имеет значительные преимущества по нескольким ключевым показателям производительности. Ее выдающаяся теплопроводность, чрезвычайно низкий коэффициент теплового расширения, отличная электроизоляция и частотная характеристика делают ее идеальным выбором для высокопроизводительных и высоконадежных электронных устройств, особенно подходящих для силовой электроники, радиочастотной связи и приложений в суровых условиях.

Здесь мы можем увидеть многомерные преимущества керамических печатных плат, особенно в приложениях с высокой мощностью, высокой частотой и высокой надежностью. Они превосходят как FR4, так и MCPCB в ключевых областях, что делает керамические печатные платы предпочтительным выбором для многих современных электронных систем.

Заключение

По мере того, как электронные устройства становятся более компактными и мощными, растет спрос на надежные тепловые и электрические решения. Керамические печатные платы выделяются своей превосходной производительностью в экстремальных условиях, что делает их необходимыми для высоконадежных приложений. Независимо от того, проектируете ли вы для автомобильной, аэрокосмической или высокомощных светодиодов, выбор правильного производителя керамических печатных плат и керамической подложки печатной платы может обеспечить долгосрочный успех вашего продукта.