Vad är ett keramiskt kretskort? | En komplett guide till keramiska kretskort

Som verksam inom elektronikbranschen kanske du är orolig över den nya uppståndelsen om att keramiska kretskort presterar bättre än traditionella kretskort. Om du undrar vad ett keramiskt kretskort egentligen är, vilka dess användningsområden är och hur det tillverkas, är den här bloggen just för dig. I den här bloggen kommer vi att förklara i detalj de keramiska kretskorten och se vad som skiljer dem från traditionella kretskort och vilket du behöver för dina kretsbehov.

Traditionella kretskort har mycket dålig värmeavledningsförmåga på grund av substratet de använder, främst glasfiber och epoxi. De fångar värme inuti kretsarna, vilket gör att de inte fungerar som de ska när temperaturen stiger, vilket gör dem till ett dåligt alternativ för högpresterande elektriska komponenter.

Elektronikindustrin behövde ett bättre kretskort för att avleda värme bättre än traditionella kretskort. Denna marknadslucka fylldes av keramiska kretskort, som har extraordinära värmeavledningsegenskaper med låg CTE och dielektricitetskonstant. Låt oss ta en snabb genomgång av introduktionen av keramiska kretskort och se när du behöver ett keramiskt kretskort.

En introduktion till keramiska PCB:er

Inom den moderna elektronikindustrin förväntas ett kretskort avleda värme bättre och ge starkt mekaniskt stöd för de elektriska komponenter som är anslutna till det. Medan keramiska kretskort, som namnet antyder, i grunden består av keramiska kärnor. Det använder vanligtvis aluminiumoxid, berylliumoxid och magnesiumaluminat som substratmaterial. Andra keramiska kärnor används också för att tillverka keramiska kretskort, inklusive kiselkarbid, aluminiumoxid, bornitrid och många andra. Att välja rätt keramisk kärna beror på kretsens krav eftersom varje keramiskt kretskortssubstrat har sina egna unika egenskaper som används på rätt sätt för att få önskad effekt.

Några egenskaper hos keramiska kärnor är följande:

1.   Bra värmeledningsförmåga.

2.   Mindre korrosion.

3.   Förbättrad mekanisk styrka.

4.   Tjock-tunn filmteknik.

5.   Omfattande miniatyriseringstekniker.

6.   Spårning av kretskort med hög densitet för keramisk design.

7.   Flerskiktsintegration.

Keramisk PCB jämfört med traditionell PCB

Frågan om när man ska använda ett keramiskt kretskort uppstår nu. Keramiska kretskort är faktiskt överlägsna konventionella kretskort på alla sätt. Men kostnads- och kvalitetsfaktorer är alltid centrala för beslutet om kretskortstyp. Traditionella kretskort skulle vara det perfekta alternativet om du letar efter billigare lösningar. Å andra sidan är keramiska kretskort det bästa alternativet om du arbetar i känsliga industrier där risker inte existerar eftersom de erbjuder pålitlighet och hållbarhet över tid.

Eller så kan du jämföra båda dessa PCB-typer och se vad som skiljer dem från varandra.

Som framgår av tabellen ovan är keramiska kretskort vida överlägsna traditionella kretskort. Det keramiska kretskortssubstratmaterialet består av keramiska kärnor. Dessa kärnor är mer effektiva vid högre temperaturer och även vid högre frekvenser. Utan fria elektroner har de mycket liten risk att störa signaler.

Dessutom absorberar epoxiharts och glasfibermaterial fukt med tiden. Vi har också observerat högre fuktabsorption och fysisk delaminering i traditionella kretskort. Keramiska kretskort, å andra sidan, absorberar mindre fukt, vilket gör dem mer stabila i miljöer där luftfuktigheten är högre än normalt.

Traditionella kretskort är billigare. Men med dåliga värmeavledningsegenskaper är de inte ett gångbart alternativ när det gäller miniatyrisering. Däremot är keramiska kretskort överlägsna traditionella i detta avseende på grund av deras högdensitetsdesign. Så keramiska kretskort kan användas i kretsar som är mycket små i storlek.

Fördelar med keramiska PCB

Söverlägsen Hät Conuktivitet

Den mest välkända och anmärkningsvärda fördelen med keramiska kretskort är dess överlägsna värmeledningsförmåga. För applikationer med hög effekttäthet, såsom RF-komponenter, kraftelektronik och LED-moduler, där värme måste dräneras för att säkerställa jämn elektrisk prestanda och förhindra termisk rusning, rekommenderas och föredras starkt keramiska kretskort. Dessutom är det med keramiska kretskort möjligt att integrera högdensitetskopplingar (HDI) när det gäller miniatyrkretsar. Eftersom du inte behöver några kylflänsar blir det enklare att arbeta med små kretskort. Med traditionella kretskort behöver du däremot en korrekt kylflänsinstallation för bättre värmeavledning som tar upp mer utrymme.

Låg CTE

Den andra fördelen med keramiska kretskort är deras låga värmeutvidgningskoefficient (CTE). Denna CTE för keramiska kretskort är jämförbar med CTE för halvledare. Dessutom gör starka interatomära kopplingar att de fungerar bra vid höga temperaturer utan att kompromissa med effektiviteten.

Begränsat dielektriskt läckage

Det dielektriska läckaget i keramiska kretskort är begränsat, vanligtvis mindre än 0.001, även vid höga frekvenser. Denna egenskap gör att de kan användas i högfrekventa enheter, inklusive 5G-infrastruktur och mikrovågskretsar.

Thermal Shas Resistance

Keramiska kretskort presterar bättre under extrema temperaturer och reglerar värme väl. Speciellt inom flyg- och flygelektronikindustrin presterar keramiska kretskort bättre tack vare sin förmåga att stödja chip-on-board (COB)-teknik för direkt montering av brickor.

Typer av keramiska PCB

I det här avsnittet kommer vi att diskutera fyra huvudtyper av keramiska kretskort. Dessa typer är inte begränsade till bara fyra, men för att få en uppfattning om flera typer av keramiska kretskortssubstrat, här är några av de populära och mycket använda keramiska kärnorna för kretskort.

Keramiska kretskort av aluminiumoxid (Al₂O⃃)

Aluminiumoxid är ett av de mest använda keramiska kretskortssubstraten på grund av dess låga kostnad. Det har en värmeledningsförmåga på 20–30 W/mK, upp till 65 gånger högre än traditionella kretskort tillverkade med FR-4. Här är en sammanfattning av aluminiumoxidkeramiska kretskort.

Aluminiumnitrid (AIN) keramiska kretskort

Aluminiumnitrid keramiska kretskort har en relativt hög tillverkningskostnad jämfört med aluminiumoxid, men det har en exceptionell värmeledningsförmåga mellan 140-180 W/mK, vilket gör det till ett perfekt val för högeffekts- och högfrekvenskretsar. Här är lite mer information om aluminiumnitrid keramiska kretskort.

Berylliumoxid (BeO) keramiska kretskort

Berylliumoxidkeramiska kretskort har den högsta värmeledningsförmågan, från 250 till 300 W/mK, vilket gör dem till ett perfekt val att använda i kretsar som kräver hög prestanda vid höga temperaturer. Här är en kort översikt.

Keramiska kretskort för magnesiumaluminat (MgAl₂O₄)

Jämfört med BeO och AIN är magnesiumaluminat, som har mycket låg värmeledningsförmåga, ett mer prisvärt alternativ.

Keramisk PCB tillverkningsprocess

Det är viktigt att tillverkningen av keramiska kretskort följer en serie exakta steg. Alla dessa steg måste säkerställa att det tillverkade keramiska kretskortet helt uppfyller sitt avsedda syfte.

Det första steget i tillverkningen av ett keramiskt kretskort är att analysera behoven, den erforderliga styrkan, styvheten och egenskaperna i samband med dess konduktivitet.

För det andra måste vi välja ett lämpligt keramiskt kretskortssubstrat som bas. Precis som alla andra produkter passar olika material olika behov. Aluminiumoxid är ett populärt val för budgetmedvetna projekt. Aluminiumnitrid och berylliumoxid är praktiska när ett projekt kräver hög värmeledningsförmåga för att vara i frontlinjen.

När vi väl har den perfekta basen för vårt keramiska kretskort är det dags för laseretsning för att göra utskrifter på kretsen. Dessa etsningar skapar en väg för elektriciteten att flöda. Sedan, beroende på kretsens komplexitet, använder vi tjock- eller tunnfilmsavsättning för att skapa de nödvändiga ledande spåren.

Nu kommer det viktigaste steget – att bränna brädan vid stekheta temperaturer. Denna intensiva värme smälter samman allting och gör det till en sammanhängande enhet.

Men detta är inte klart än. Resan med keramiska kretskort fortsätter genom att borra hål för att göra fästen för andra komponenter att ansluta – precis som att bygga en miniatyrstad. Sedan skyddas de keramiska kretskorten med en korrosionsskyddande beläggning.

Slutligen observerar och analyserar kvalitetssäkringsteamet noggrant hela processen för tillverkning av keramiska kretskort. Eftersom varje steg kräver stor noggrannhet kan vi inte ta några risker med något steg eftersom ett felaktigt steg kommer att förstöra hela det elektriska systemet.

Det är just därför vi alltid rekommenderar att våra kunder letar efter en pålitlig tillverkare av keramiska kretskort som PCBasicFör mer information eller för att få en offert, besök www.pcbasic.com.

Användningsområden för keramiska skivor

Kraftelektronik

Keramiska kretskort används oftast i växelriktare och motordrivningar. Den främsta anledningen är deras bättre värmeavledningsegenskaper.

RF och mikrovågskretsar

Keramiska kretskort används också ganska ofta i RF- och mikrovågssystem eftersom de inte lätt stör högfrekvenser tack vare sin låga dielektriska konstant. Dessutom kan man se keramiska kretskort i satellitsystem, vilka vanligtvis är kopplade till BeO- och AIN-substrat.

LED och optoelektronik

När högeffekts-LED:er används under lång tid blir kretsen riktigt varm, och denna värme måste ledas bort. Det är därför vi ser användningen av keramiska kretskort i sådana apparater. På liknande sätt används keramiska kretskort även i fotodioder och laserdioder för att minska termisk stress.

Fordonselektronik

Inom bilindustrin tillverkas varje ny bil i konkurrensen med bättre specifikationer och prestandasiffror. För att göra en bils elsystem mer tillförlitligt och värmebeständigt använder ingenjörer keramiska kretskort för bättre värmeavledning för att öka fordonens totala prestanda.

Flyg-och försvarsindustri

Vid höga temperaturer hjälper keramiska kretskort till att minska den termiska belastningen bättre än någon annan traditionell kretskortstyp.

Slutsats

Keramiska kretskort är den äkta varan för alla som letar efter en långsiktig investering i kretsar. Användningsområdena och egenskaperna hos ett keramiskt kretskort går utöver det traditionella kretskortets. Om du letar efter en partner för keramiska kretskort, PCBasic står bakom dig! De kan bygga förstklassiga keramiska kretskort åt dig så att dina projekt går snabbt och smidigt. För att lära dig mer om det, besök www.pcbasic.com och se vad de kan göra för dig!

Om PCBasic

Tid är pengar i dina projekt – och PCBasic får det. PCGrundläggande är en PCB monteringsföretag som ger snabba, felfria resultat varje gång. Vår omfattande PCB monteringstjänster inkludera expertkunskapsstöd i varje steg, vilket säkerställer högsta kvalitet på varje kretskort. Som en ledande Tillverkare av PCB-montage, Vi erbjuder en komplett lösning som effektiviserar din leveranskedja. Samarbeta med våra avancerade PCB-prototypfabrik för snabba leveranser och överlägsna resultat du kan lita på.