Los tipos de sustratos cerámicos comunes incluyen:
- PCB de cerámica de alúmina: ofrece una alta rentabilidad-, una conductividad térmica de aproximadamente 20 a 25 W/m·K, un excelente aislamiento y una alta resistencia mecánica, lo que lo hace adecuado para la mayoría de las aplicaciones de potencia media- a alta-.
- PCB de cerámica de nitruro de aluminio: conductividad térmica de 170 a 230 W/m·K (y hasta 300 W/m·K), con un coeficiente de expansión térmica cercano al del silicio, lo que lo hace ideal para empaquetamientos de semiconductores de alta-potencia y aplicaciones de alta-frecuencia.
- PCB cerámico de óxido de berilio: conductividad térmica extremadamente alta (209–330 W/m·K), solo superada por el diamante, adecuada para temperaturas extremadamente altas-y envases de alta-densidad. Se requieren estrictas medidas de seguridad durante el procesamiento.
- PCB cerámico de película gruesa: utiliza pasta conductora de película gruesa-impresa-serigrafiada y sinterizada para formar circuitos. Resistente a altas temperaturas y corrosión, adecuado para aplicaciones de alta-confiabilidad.
- PCB cerámico de un solo lado versus PCB cerámico multicapa: los tableros de un solo lado-ofrecen una estructura más simple y un menor costo; Los diseños multicapa permiten interconexiones más complejas, que a menudo se utilizan en módulos de potencia de alta-.
En algunos diseños de alta-potencia, los sustratos cerámicos se combinan con procesos de cobre pesado para PCB, lo que aumenta el espesor del cobre (por ejemplo, 3 oz a 10 oz) para mejorar significativamente la capacidad de corriente y la disipación de calor.
Procesos de fabricación y ventajas de rendimiento
Las placas PCB de cerámica se pueden producir mediante varios procesos, cada uno de los cuales se adapta a diferentes requisitos de espesor, precisión y costo.
DPC (cobre chapado directo)
Proceso de galvanoplastia PVD +, espesor de cobre de 10 a 140 μm, ideal para circuitos de alta-precisión.
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DBC (cobre adherido directamente)
Unión por oxidación de cobre a cerámica, espesor de cobre de hasta 140–350 μm, adecuado para diseños de PCB de cobre pesado.
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LTCC (cerámica cocida-a baja-temperatura)
Sinterizado a 850-900 grados, adecuado para circuitos multicapa y aplicaciones de alta-frecuencia.
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HTCC (cerámica cocida-a alta-temperatura)
Sinterizado a 1600-1700 grados, adecuado para entornos de alta-temperatura.
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Proceso de película gruesa
Impresión de capas conductoras/dieléctricas sobre un sustrato cerámico y luego sinterización a alta temperatura.
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Ventajas principales de rendimiento
- Alta conductividad térmica (25–330 W/m·K), muy superior al FR-4 (aproximadamente. 0.8–1 W/m·K)
- Bajo coeficiente de expansión térmica, lo que reduce la fatiga de las uniones soldadas debido al ciclo térmico.
- Excelente aislamiento, protegiendo los componentes del daño por calor.
- Resistencia a la corrosión y a las altas-temperaturas, funcionamiento estable hasta 800 grados
- Se puede combinar con la tecnología de PCB de cobre grueso para aumentar la densidad de potencia y la confiabilidad.
Aplicaciones típicas
- Electrónica de potencia: módulos IGBT, placas controladoras MOSFET, inversores y otros módulos de alta-potencia
- Iluminación LED: sustratos LED de alta-potencia para prolongar la vida útil de la fuente de luz
- RF/microondas: conjuntos de antenas, módulos amplificadores de potencia
- Electrónica automotriz: controladores de motores, radares de vehículos, módulos de controladores de potencia
- Equipo médico: sondas de imágenes de alta-precisión, placas de controlador láser
En estas aplicaciones, la combinación de PCB de cerámica con la tecnología de placa de circuito de cobre pesado puede mejorar significativamente la gestión térmica y la estabilidad eléctrica del sistema, extendiendo la vida útil del dispositivo.
Consideraciones de diseño y fabricación
- Haga coincidir el espesor del cobre y el ancho de la traza para equilibrar la capacidad actual y la disipación de calor.
- Los materiales de alta conductividad térmica (por ejemplo, AlN, BeO) se adaptan a aplicaciones de alta-densidad de potencia y alta-frecuencia, pero requieren compensaciones de costos-
- Las conexiones entre capas en PCB cerámicos multicapa requieren un control preciso de la contracción por sinterización
- En diseños de alta-actualidad, la integración de procesos de PCB de cobre pesado puede mejorar aún más la confiabilidad.
- Tenga en cuenta la fragilidad de la cerámica en la forma del tablero y el diseño de montaje.
Resumen
Ya sea una PCB con sustrato cerámico o una PCB con cerámica de alúmina, el valor principal de una placa de circuito impreso de cerámica radica en proporcionar soporte físico y eléctrico sólido para aplicaciones de alto flujo de calor, alta-frecuencia y alta-confiabilidad. Para proyectos de ingeniería que superan los límites de rendimiento, una placa de circuito cerámico no es solo una elección de material-es un factor clave en la estabilidad del sistema.
Shenzhen STHL Technology Co., Ltd. tiene una amplia experiencia en la fabricación de PCB cerámicos y PCB de cobre pesado, y ofrece soluciones integrales desde la selección de materiales y el diseño estructural hasta la producción en masa, lo que ayuda a que sus productos destaquen en los mercados de alta-potencia y alta-confiabilidad.
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