Översikt över keramiska kretskort

Keramiskt PCB-substrat avser ett speciellt processkort med kopparfolie som är direktbundet till ytan (enkel- eller dubbelsidigt) av aluminiumoxid (Al2O3) eller aluminiumnitrid (AlN) keramiskt PCB-substrat vid höga temperaturer. Det tillverkade ultratunna kompositsubstratet har utmärkt elektrisk isolering, hög värmeledningsförmåga, utmärkt lödbarhet och hög vidhäftningsstyrka, och kan etsa olika mönster, så det har stor strömbärande kapacitet. Därför har keramiskt PCB-substrat blivit det grundläggande materialet för högpresterande kraftelektroniska kretsstrukturteknik och sammankopplingsteknik.

Tillkomsten av keramiska PCB-substratprodukter har startat en ny utveckling inom värmeavledningsapplikationsindustrin. På grund av värmeavledningsegenskaperna hos keramiska PCB-substrat och fördelarna med keramiska PCB-substrat, såsom hög värmeavledning, låg värmebeständighet, lång livslängd och spänningsbeständighet, har produktpriset accelererats och rationaliserats med förbättringen av produktionsteknik och utrustning, vilket har utökat LED-industrins tillämpningsområden, såsom indikatorlampor för hushållsapparater, bilbelysning, gatlyktor och stora utomhusskyltar. 

Den framgångsrika utvecklingen av keramiska PCB-substrat ger bättre service för inomhusbelysning och utomhusbelysningsprodukter och ger LED-industrin en bredare marknad i framtiden.

Typer av keramiska PCB Duppdelat av Materials

Keramiska kretskort kan klassificeras efter vilka material som används. Vanliga material inkluderar aluminiumoxid, aluminiumnitrid och kiselnitrid. De presterar olika när det gäller värmeavledning, isolering och styrka. Att välja rätt material kan göra kretskortet mer lämpligt för dina faktiska användningskrav.

1. Aluminium keramisk PCB

Aluminiumkeramiskt PCB-substrat är det vanligaste substratmaterialet inom elektronikindustrin. På grund av dess höga hållfasthet och kemiska stabilitet jämfört med de flesta andra oxidkeramer vad gäller mekaniska, termiska och elektriska egenskaper, och rikliga råmaterial, är det lämpligt för olika tekniska tillverkningsprocesser och olika former. Aluminiumsubstratet kan anpassas i tre dimensioner.

2. Berylliumoxid keramisk PCB

Dess värmeledningsförmåga är högre än aluminiums, så den kan användas i tillfällen där hög värmeledningsförmåga behövs, men den minskar snabbt när temperaturen överstiger 300 ℃. Det viktigaste är att dess toxicitet begränsar dess egenutveckling.

Berylliumoxidkeramik är keramik med berylliumoxid som huvudkomponent. Den används huvudsakligen som storskaligt integrerat kretssubstrat, högeffektsgaslaserrör, kylflänsskal för transistorer, mikrovågsutgångsfönster och neutronmoderator.

3. Aluminiumnitrid keramisk PCB

AlN har två mycket viktiga egenskaper som är värda att notera: den ena är hög värmeledningsförmåga och den andra är att expansionskoefficienten matchar Si. Nackdelen är att även om det finns ett mycket tunt oxidlager på ytan kommer det att påverka värmeledningsförmågan. Endast genom att strikt kontrollera material och processer kan AlN-substrat tillverkas med god konsistens. Det finns få AlN-produktionstekniker i Kina som kan produceras i stor skala som Sliton, och priset på AlN är relativt högt jämfört med Al2O3, vilket också är en liten flaskhals som begränsar dess utveckling. Men med förbättrad ekonomi och teknik kommer denna flaskhals så småningom att försvinna.

Av ovanstående skäl kan man konstatera att aluminiumoxidkeramik används i stor utsträckning på grund av sin överlägsna prestanda, och de har fortfarande en dominerande position inom mikroelektronik, kraftelektronik, hybridmikroelektronik, kraftmoduler och andra områden.

AlN kan stabiliseras upp till 2200 ℃. Hållfastheten är hög vid rumstemperatur och minskar långsamt med temperaturökningen. Den har god värmeledningsförmåga, en liten värmeutvidgningskoefficient och är ett material som är motståndskraftigt mot termisk chock. Med stark motståndskraft mot erosion av smält metall är det ett idealiskt degelmaterial för smältning och gjutning av rent järn, aluminium eller aluminiumlegeringar. 

Aluminiumnitrid är också en elektrisk isolator med goda dielektriska egenskaper, och det är också lovande att användas som en elektrisk komponent. Aluminiumnitridbeläggningen på ytan av galliumarsenid kan skydda den från jonimplantation under glödgning. Det är också en katalysator för att omvandla aluminiumnitrid från hexagonal bornitrid till kubisk bornitrid. Den reagerar långsamt med vatten vid rumstemperatur. Den kan syntetiseras från aluminiumpulver vid 800~1000 ℃ i en ammoniak- eller kväveatmosfär. Produkten är vit till grå pulverblå. Den syntetiseras genom reaktion av Al2O3-C-N2-systemet vid 1600~1750 ℃, och produkten är ett benvitt pulver. Aluminiumklorid och ammoniak framställs genom gasfasreaktion. Beläggningen kan syntetiseras från AlCl3-NH3-systemet genom gasfasavsättning.

4. Keramisk kretskort av kiselnitrid

Rogers Company introducerade det nya curamik®-serien av kiselnitrid (Si3N4) keramiska PCB-substrat år 2012. Eftersom kiselnitridens mekaniska hållfasthet är högre än hos andra keramiska material, kan det nya curamik®-substratet hjälpa konstruktörer att uppnå lång livslängd i tuffa arbetsmiljöer och för HEV/EV och andra förnybara energitillämpningar.

Böjhållfastheten hos det nya keramiska PCB-substratet tillverkat av kiselnitrid är högre än hos substratet tillverkat av Al2O3 och AlN.

Brottsegheten hos Si3N4 överstiger till och med den hos zirkoniumdopade keramiker.

Hittills har tillförlitligheten hos kopparbeklädda keramiska PCB-substrat som används i kraftmoduler begränsats av keramikens låga böjhållfasthet, vilket minskar termisk cykelkapacitet. För de tillämpningar som kombinerar extrem termisk och mekanisk stress, såsom hybridfordon och elfordon (HEV/EV), är det vanligt förekommande keramiska PCB-substratet inte det bästa valet. De termiska expansionskoefficienterna för substratet (keramiskt PCB) och ledaren (koppar) är mycket olika, vilket kommer att utöva tryck på bindningsområdet under termisk cykel, vilket minskar tillförlitligheten. Detta curamik®-serie kiselnitrid (Si3N4) keramiska PCB-substrat som introducerades av Rogers Company på årets PCIM-mässa kommer att förlänga livslängden för kraftelektroniska moduler med 10 gånger.

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.

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

2. 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.

3. När vi 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.

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

5. 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.

6. 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 någon åtgärd eftersom ett felaktigt drag 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.

Fördelar med Ceramisk PCBs

◆ Den termiska expansionskoefficienten för keramiskt PCB-substrat ligger nära den för kiselchipet, vilket kan spara Mo-skivor i övergångslagret, spara arbete, material och minska kostnader;

◆ Minska svetsskiktet, värmemotståndet, porrummen och utbytet;

◆ Med samma strömbärande kapacitet är linjebredden på 0.3 mm tjock kopparfolie i keramiska kretskort endast 10 % av den för vanliga kretskort;

◆ Utmärkt värmeledningsförmåga gör chipets kapsel mycket kompakt, vilket kraftigt ökar effekttätheten och förbättrar systemets och enhetens tillförlitlighet;

◆ Ultratunt (0.25 mm) keramiskt PCB-substrat kan ersätta BeO utan miljötoxicitet;

◆ Strömbärförmågan är stor, och en ström på 100A passerar kontinuerligt genom en kopparkropp med en bredd på 1 mm och en tjocklek på 0.3 mm, och temperaturen stiger med cirka 17 ℃. En ström på 100A passerar kontinuerligt genom en kopparkropp som är 2 mm bred och 0.3 mm tjock, och temperaturökningen är endast cirka 5 ℃.

◆ Låg värmeresistans. Värmeresistansen för 10×10 mm keramiskt PCB-substrat är 0.31 K/W för 0.63 mm keramiskt PCB-substrat, 0.19 K/W för 0.38 mm keramiskt PCB-substrat och 0.14 K/W för 0.25 mm keramiskt PCB-substrat.

◆ Hög isolering och spänningshållfasthet, vilket säkerställer personlig säkerhet och utrustningens skyddsförmåga.

◆ Nya förpacknings- och monteringsmetoder kan realiseras, vilket kan göra produkterna starkt integrerade och minska volymen.

Prestanda Requirement för Ceramisk PCBs

I elektroniska apparater som arbetar under hög effekt, höga frekvenser och extrema miljöer har traditionella FR4-kretskort blivit svåra att uppfylla deras strikta krav på värmeavledning, elektrisk prestanda och stabilitet. Keramiska kretskort har blivit ett idealiskt val för den nya generationen av elektronisk kapsling och kretsbärare tack vare dess utmärkta värmeledningsförmåga, elektriska isolering och tillförlitlighet. Låt oss ta en titt på de viktigaste prestandakraven för keramiska kretskort.

Mekaniska egenskaper

Med tillräckligt hög mekanisk hållfasthet kan keramiska kretskort även användas som stödelement utöver att bära komponenter. De har god bearbetningsbarhet och hög dimensionsnoggrannhet; de är lätta att tillverka i flera lager och har släta ytor utan skevhet, böjning, mikrosprickor etc.

Elektriska egenskaper

Hög isolationsresistans och isolationsgenombrottsspänning; Låg dielektricitetskonstant; Låg dielektricitetsförlust; Stabil prestanda under hög temperatur och hög luftfuktighet, keramisk kretskort säkerställer tillförlitlighet.

Termiska egenskaper

Hög värmeledningsförmåga; Värmeutvidgningskoefficienten matchar relaterade material (särskilt med Si:s värmeutvidgningskoefficient); Utmärkt värmebeständighet.

Andra fastigheter

God kemisk stabilitet; Enkel metallisering, stark vidhäftning mellan kretsmönster och dem; Ingen hygroskopicitet; Olje- och kemikalieresistens; ɑ mängden strålning som avges är liten; De använda ämnena är föroreningsfria och giftfria; Kristallstrukturen förändras inte inom användningstemperaturintervallet; Rika råvaror; Mogen teknik; Lätt att tillverka; Lågt pris.

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.

Ansökans av keramiska kretskort

◆ Högeffektshalvledarmodul; Halvledarkylskåp, elektronisk värmare; RF-effektstyrkrets, krafthybridkrets.

◆ Intelligenta kraftkomponenter: Högfrekvent switchande nätaggregat och solid-state-relä.

◆ Elektronikkomponenter inom fordonselektronik, flyg- och rymdteknik och militära enheter.

◆ Montering av solpaneler; Privat telekommunikationsväxel, mottagningssystem; Laser och annan industriell elektronik.

Varför använda keramiska kretskort framför andra kort?

Jämfört med traditionella FR4-kretskort eller metallsubstrat MCPCB har keramiska substratkretskort betydande fördelar inom flera viktiga prestandaindikatorer. Dess enastående värmeledningsförmåga, extremt låga värmeutvidgningskoefficient, utmärkta elektriska isolering och frekvensrespons gör det till ett idealiskt val för högpresterande och mycket tillförlitliga elektroniska enheter, särskilt lämpligt för kraftelektronik, radiofrekvenskommunikation och tillämpningar i tuffa miljöer.

Här kan vi se de mångdimensionella styrkorna hos keramiska kretskort, särskilt i tillämpningar med hög effekt, hög frekvens och hög tillförlitlighet. De överträffar både FR4 och MCPCB inom viktiga områden, vilket gör keramiska kretskort till det föredragna valet för många avancerade elektroniska system.

Slutsats

I takt med att elektroniska enheter blir mer kompakta och kraftfulla ökar efterfrågan på robusta termiska och elektriska lösningar. Keramiska kretskort utmärker sig för sin överlägsna prestanda under extrema förhållanden, vilket gör dem viktiga för högtillförlitliga tillämpningar. Oavsett om du designar för fordons-, flyg- eller högpresterande lysdioder, kan valet av rätt tillverkare av keramiska kretskort och keramiskt kretskortssubstrat säkerställa din produkts långsiktiga framgång.