Keramische Substraat PCBs: Experts Inzichten en Ontwerp Best Practices

Over het algemeen is er een technologische revolutie die resulteert in het afstoten van traditionele CEM-3 en FR-4 vanwege slechte thermische geleiding. In hun plaats hebben we marktvraag gezien naar hoog geïntegreerde printplaten met goede dissipatiesystemen (hoge warmtebestendigheid in een buitenafgelegen omgeving). Vandaag geeft de post een snel overzicht van Keramische Substraat PCB.

Wat is het Keramische Substraat?

Een keramisch substraat is een uniek proces PCB met thermische geleiding van 9-20W/m.k gemaakt bij hoge temperaturen onder 250°C. Fabrikanten bereiden het substraat voor door koperfolie direct te binden aan aluminum nitride (AIN) of alumina (Al₂O₃) oppervlakken.

De elektrische en thermische prestaties maken het beter dan de meeste metaalkern PCBs in de PCB-industrie.

Koperplatering op aluminium

Voordelen van Keramische Substraat PCB

Keramische substraat PCB heeft verschillende voordelen die het ideaal maken voor meerdere producten zoals;

Materiële voordelen

• Omdat de koperlaag geen oxidatielaag vormt, kunt u het duurzaam in een reducerende atmosfeer gebruiken.
• Tweedens heeft het een zware chemische erosiebestendigheid en veelzijdige/hermetische pakketten die waterabsorptie voorkomen.
• Derde heeft het hoge betrouwbaarheid in de luchtvaart, is bestendig tegen kosmische straling en bevat geen organische ingrediënten.
• Dan kunt u hoge-dichtheid assemblage bereiken met lage thermische weerstand.
• Ook heeft het lage hoog-frequentie verlies en goede elektrische isolatieprestaties, dus in staat om de harde externe omgeving te weerstaan.
• Naast het gebruik van een hoge temperatuur tijdens het solderen, heeft een keramisch substraat goede soldeerbaarheid.
• Daarnaast kunt u het veilig bedienen in temperaturen tot 350°C.
• Het is een lagere en sterkere elektrische weerstand metaalfilm (alumina keramische PCB).
• Verder zijn keramische printplaten kosten-efficiënt en ideaal voor zware toepassingen.
• Ten slotte heeft het een meer matchende thermische uitdijngscoëfficiënt en hogere thermische geleiding.

Technische voordelen

De LAM en DPC technologieën vervangen geleidelijk traditionele borden zoals DBC en LTCC technologieën uit veel redenen.

• Bijvoorbeeld biedt laserboortechnologie een grote toepassingswaarde omdat het nauwkeurig, snel en efficiënt is.
• Dan zijn er goede elektrische eigenschappen en hoge bindingssterkte tussen de keramische en metaal circuitlaag.
• Er is ook een through-hole verbinding die klanten een gecustomiseerde productoplossing geeft.

Through-hole platering op een elektronische printplaat

Wat Zijn De Typen Keramische Substraten?

Volgens Het Materiaal

Al₂O₃

Ons eerste substraat is verreweg het meest gebruikt in de elektronica-industrie. Redenen achter zijn populariteit zijn de elektrische, thermische en mechanische eigenschappen die het chemisch stabiel en van hoge sterkte maken vergeleken met andere oxide keramieken. Al₂O₃ is ook rijk in grondstoffen.

Aluminiumoxide structuur

Toepassingen; Het keramische product is ideaal voor het fabriceren van verschillende verschillende vormen.

AlN (Aluminium Nitride keramisch bord)

AlN keramisch-gebaseerde printplaat heeft twee significante kenmerken waar u om moet weten;

• Uitrekkingscoëfficiënt matchend Si.
• Hoge thermische geleiding. 

Echter, het heeft nadelen zoals duurder dan Al₂O₃ en zelfs een dunne oxide oppervlaktelaag die de thermische geleiding beïnvloedt. Gelukkig kunt u het proces en materialen controleren tijdens het fabriceren van AlN-substraat om een product met goede consistentie te krijgen. Ook kunnen technologische vooruitgang de prijs van aluminium nitride borden spoedig overwegen.

Toepassingen; Substraten voor elektronische materialen (pakketten) en warmteafvoers om warmte van hotspots over te dragen.

BeO

Vergeleken met metaal aluminium, heeft BeO hogere thermische geleiding en is geschikt voor toepassingen die hoge thermische geleiding nodig hebben.

Onthoud ook dat het soms giftig is en daarom niet algemeen ontwikkeld wordt.

Conclusie; Alumina keramieken, zoals we hebben gezien, hebben eigenschappen en superieure uitgebreide prestaties die ze nog steeds dominant maken in verschillende velden. Bijvoorbeeld, u zult ze vinden in vermogensmodules, hybride micro-elektronica en vermogenselektronica.

Ze bieden hoge mechanische sterkte, chemische stabiliteit, goede dielektrische eigenschappen en thermische eigenschappen.

Volgens Het Fabricageproces

Co-fired keramische micro-elektronische 

Hoge-Temperatuur Keramische PCB/Hoge-Temperatuur Co-Fired Multilayer Keramische (HTCC) Circuit

Dit PCB-type kan hoge temperaturen weerstaan (boven 1300 graden Celsius). Het unieke fabricageproces omvat het creëren van nieuwe keramieken door smeermiddel, aluminiumoxide, kleefmiddel, plasticizer en oplosmiddel te combineren.

Vervolgens coaten fabrikanten de nieuwe keramiek en passen ze een circuitpatroon tracing toe op wolfram, mangaan of molybdeen edele metalen. Ze bakken de printplaten ongeveer 48 uur bij temperaturen variërend van 1300 tot 1700°C na laminatie in een gasvormige omgeving met waterstofgas.

Echter, vanwege hoge co-firing temperaturen, mist het veel metaal geleidermaterialen.

Lage-Temperatuur Keramische PCB/Lage-Temperatuur Co-Fired Keramische (LTCC) Circuit

Fabrikanten gebruiken kristalglas materialen en lijmstoffen (organische binder) om lage-temperatuur keramische PCBs te creëren. Ze passen beide materialen toe op een metaalblad dat goudpasta heeft. Vervolgens snijden en lamineren ze het bord voordat ze de PCB in een gasoven zetten bij 900°C.

Voordelen 

• Het heeft minder vervorming en betere krimp dan HTCC.
• Bovendien heeft het hogere mechanische intensiteit en thermische geleiding dan andere substraattypes.

Toepassingen; Warmtevrije producten zoals LED-lichten.

Dik Film Keramische PCB

In een dik film proces coaten fabrikanten goud en dielectrische pastes op een keramisch basismateriaal. Vervolgens bakken ze het materiaal bij 1000°C of lagere bedrijfstemperatuur. Ze prefereren een dik film keramisch vanwege de vermogen om koperoxidatie te voorkomen.

Dus kunnen de fabrikanten elektronische componenten zoals weerstanden, elektrische condensators, geleiders, halfgeleiders en wisselbare geleiders op het keramische bord gebruiken.

Dik film technologie

Vaak is het een voorkeurskeuze wanneer u zich zorgen maakt over oxidatie. Ook mag de geleidende laag van dik film keramische PCB niet dikker zijn dan 13 micron.

• DBC (Direct Bonded Copper)

De technologie gebruikt een zuurstof-bevattende eutectische oplossing van koper om metaal koper direct op het keramische printplaat te plaatsen. Vaak omvat het basisprincipe het introduceren van een vereist hoeveelheid O₂ tussen keramiek en koper tijdens of na een depositieproces. De twee materialen vormen een Cu-O eutectische vloeistof in thermische bereiken tussen 1065 tot 1083°C.

• DPC (Direct Plate Copper)/ Koper-geplate substraat 

De keramische materiaaloptie ondergaat vaak het onderstaande proces;

Fabrikanten beginnen met voorverwerken en reinigen van het keramische substraat. Vervolgens gebruiken ze een professionele filmfabricagetechnologie-vacuüm coating methode om een koperen metaalcompositelaag op het substraat te sputteren en binden.

Vervolgens ondergaat de fotoweerstand met gele licht lithografie herbelichting, ontwikkeling en etching. Ten slotte wordt het filmverwijderingsproces compleet, en nu verhogen de fabrikanten de circuitdikte door chemische/galvanische platering depositie.

Het verwijderen van de fotoweerstand voltooit de metallisatiecircuit.

• LAM (Laser Activatie Metallisatie)

De snelle lasertechnologie ioniseert metaal en keramiek met een hoog-energetische laserbundel. Daarna laat het de twee componenten samen groeien, wat hun stevigheid tijdens het metallisatieproces vergroot.

Toepassing van Keramische PCB

Vanwege zijn kenmerken zoals hoge thermische geleiding, lage dielectrische constante, etc., zijn keramische PCBs in de onderstaande toepassingen;

• Straat, hoge helderheid licht,
• Halfgeleider procesapparatuur,
• Telecom toestel,
• Sensor,

(verschillende typen sensoren)

• Zonnecel,
• Autolichtsysteem,
• LEDs,

(LED lamp)

• Digitale en Analog PCB,
• Transmissie/Ontvangst module,
• Zonnepaneel arrays,
• Solid-state relais (SSR),
• Hoge-nauwkeurigheid klok oscillator, OCXOs, TCXOs, VCXOs,
• Hoge-vermogen circuits,
• Chip-on-board module, en
• Geheugen module.

Keramische PCB VS FR4

We zullen nu de keramische meervoudige en FR4 bordmaterialen vergelijken op basis van verschillende criteria hieronder.

Conclusie

Concluderend zijn keramische printplaten efficiënt in verschillende industrieën, zoals de elektronica-industrie, afhankelijk van uw fabricagebehoeftes en ontwerpen. Ze bieden ook kwaliteitskenmerken zoals thermische efficiëntie, goede elektrische geleiding en mechanische sterkte.

Neem gerust contact met ons op als u meer wilt weten over keramische substraatmaterialen.