PCB in ceramica

Siamo un professionista PCB in ceramica produttore, fornitore dalla Cina, forniamo principalmente PCB in ceramica di allumina (Al2O3) di alta qualità, PCB in ceramica al nitruro di alluminio (AIN) e PCB in ceramica IGBT. Le nostre schede a circuito stampato in ceramica sono caratterizzate da prodotti elettronici ad alta pressione, alto isolamento, alta temperatura e alta affidabilità e volume ridotto, Hitech è la scelta migliore per le schede PCB in ceramica e le esigenze.

Parametro PCB ceramico

PCB in ceramica in prodotti elettronici ad alta pressione, alto isolamento, alta frequenza, alta temperatura e alta affidabilità e volume ridotto, allora il PCB in ceramica sarà la scelta migliore.

Perché il PCB in ceramica ha prestazioni così eccellenti?

96% o 98% di allumina (Al2O3), nitruro di alluminio (ALN) o ossido di berillio (BeO)
Materiale dei conduttori: per la tecnologia a film sottile, la tecnologia a film spesso, sarà argento palladio (AgPd), oro pllladio (AuPd); Per DCB (Direct Copper Bonded) sarà solo rame
Temperatura di applicazione: -55~850°C
Valore di conducibilità termica: 16W~28W/mK (Al2O3); 150W~240W/mK per ALN, 220~250W/mK per BeO;
Massima resistenza alla compressione: >7,000 N/cm2
Tensione di rottura (KV/mm): 15/20/28 rispettivamente per 0.25 mm/0.63 mm/1.0 mm
Conefficiente di espansione termica (ppm/K): 7.4 (sotto 50~200°C)

Cos'è la scheda PCB in ceramica

PCB in ceramica le schede sono in realtà realizzate in ceramica elettronica come materiale di base e possono essere realizzate in varie forme. Tra questi, le caratteristiche di resistenza alle alte temperature e di elevato isolamento elettrico dei circuiti stampati in ceramica sono le più importanti. Anche i vantaggi della bassa costante dielettrica e della perdita dielettrica, dell'elevata conduttività termica, della buona stabilità chimica e del coefficiente di dilatazione termica simile ai componenti sono molto significativi.

Diversi tipi di PCB in ceramica

Il PCB in ceramica è ampiamente utilizzato nell'elettronica di potenza, negli imballaggi elettronici, nella microelettronica ibrida e nei moduli multi-chip grazie alla sua eccellente conduttività termica e tenuta all'aria. Ma non tutti sono chiari sulla classificazione. Molti produttori pensano che i PCB in ceramica siano costosi e fragili non appena sentono parlare di PCB in ceramica. Sì, questa è davvero una carenza dei PCB in ceramica, ma non tutti i PCB in ceramica sono così. Oggi vi parleremo dei diversi tipi di PCB in ceramica.

PCB in ceramica Al2O3

PCB in ceramica Al2O3 (PCB in ceramica di allumina) si riferisce a vari PCB in ceramica con Al2O3 come materia prima principale e un contenuto di Al2O3 superiore al 75%. Ha una ricca fonte di materie prime, con vantaggi di basso prezzo, elevata resistenza meccanica e durezza, buone prestazioni di isolamento, buona resistenza agli shock termici, buona resistenza chimica, elevata precisione dimensionale e buona adesione ai metalli. È un materiale di substrato ceramico con buone prestazioni complete. Substrati ceramici Al2O3 attualmente utilizzati, il contenuto di Al2O3 rappresenta dall'85% al ​​99.5%. Tra questi, il PCB ceramico Al96O2 al 3% è ampiamente utilizzato nella produzione di substrati per circuiti a film spesso e dispositivi chip. La conducibilità termica di Al2O3 a temperatura ambiente è 29W/(m·K), che è vicina alla conducibilità termica dell'acciaio; con l'aumento del contenuto di Al2O3, aumenteranno le prestazioni di isolamento elettrico e la conduttività termica del PCB ceramico Al2O3, ma allo stesso tempo comporterà anche un aumento della temperatura di cottura, un aumento del consumo di energia, una grande perdita di forno mobili e un aumento dei costi di produzione.

PCB in ceramica SiC

La conducibilità termica del PCB in ceramica SiC è molto elevata, 100~490 W/(m·K) a temperatura ambiente ed è correlata alla purezza dei cristalli di SiC. Maggiore è la purezza, maggiore è la conducibilità termica; la resistenza all'ossidazione è buona e la temperatura di decomposizione è superiore a 2500 ℃, può ancora essere utilizzata a 1600 ℃ in un'atmosfera ossidante; basso anche il coefficiente di dilatazione termica, prossimo a Si, con buone prestazioni di isolamento elettrico; Il SiC ha una durezza Mohs di 9.75, seconda solo al diamante e al BN cubico, e ha un'elevata resistenza meccanica. Le ceramiche SiC hanno forti caratteristiche di legame covalente e sono difficili da sinterizzare. Di solito, viene aggiunta una piccola quantità di boro o ossido di alluminio come ausilio di sinterizzazione per aumentare la densità. Gli esperimenti mostrano che il berillio, il boro, l'alluminio e i loro composti sono gli additivi più efficaci, che possono rendere la ceramica SiC più densa del 98%.

PCB in ceramica BeO

BeO ha una struttura brazina, in cui gli ioni ossigeno sono disposti in modo esagonale compatto per formare un reticolo esagonale. L'ossido generale è solitamente un composto ionico, ma BeO ha un forte legame covalente e un peso molecolare medio di soli 12. A causa delle sue buone proprietà elettriche, luminescenza e proprietà fotochimiche, elevata resistenza meccanica, bassa perdita dielettrica, ecc., diventa uno dei materiali a cui le persone prestano attenzione.

PCB in ceramica AlN

Il PCB ceramico AlN (ceramica al nitruro di alluminio) è un nuovo tipo di materiale da imballaggio ceramico ad alta conduttività termica. È stato ampiamente studiato negli anni '1990 e gradualmente sviluppato. Attualmente è generalmente considerato un promettente PCB per imballaggi in ceramica elettronica. Il materiale AlN ha un'elevata conduttività termica, eccellenti proprietà dielettriche, elevata resistenza all'isolamento elettrico, proprietà chimiche stabili, forte resistenza alla corrosione e buone proprietà meccaniche. In particolare, il suo coefficiente di dilatazione termica corrisponde al silicio, che lo rende un materiale ideale per substrati di imballaggio per semiconduttori e sono stati ampiamente utilizzati in circuiti integrati, dispositivi di potenza a microonde, imballaggi a onde millimetriche, imballaggi elettronici ad alta temperatura e altri campi.

PCB in ceramica per modulo IGBT

IGBT sta per transistor bipolare a gate isolato. È un transistor bipolare con un terminale di gate isolato. L'IGBT combina, in un unico dispositivo, un ingresso di controllo con struttura MOS e un transistor di potenza bipolare che funge da interruttore di uscita. Gli IGBT PCB in ceramica sono adatti per applicazioni ad alta tensione e alta corrente. Sono progettati per pilotare applicazioni ad alta potenza con un ingresso a bassa potenza.

IGBT, o Insulated Gate Bipolar Transistor, è un transistor BJT con un MOS Gate, o possiamo dire che un modulo IGBT è la combinazione di un BJT e un MOS Gate. Un chip IGBT è di piccole dimensioni, ma può controllare la trasmissione di energia elettrica e raggiungere 100,000 volte l'interruttore di corrente a tensioni ultra elevate di 650 milioni di V in solo 1 secondo.

I moduli IGBT sono stati applicati per molti anni nei settori automobilistico, industriale, aerospaziale, dell'elettronica di consumo e in molti altri settori. Ma come ottimizzare la dissipazione termica di un pacchetto IGBT in modo che il modulo possa lavorare a una potenza maggiore? Se il calore può dissiparsi più rapidamente, il modulo IGBT può avere applicazioni più avanzate. A tale scopo, gli ingegneri utilizzano PCB in ceramica per il confezionamento di IGBT.

I PCB in ceramica dissipano il calore dal chip IGBT all'imballaggio esterno

Potresti chiedere, quanta termica genera un modulo IGBT quando funziona? È uguale al calore generato da 100 forni elettrici. Tanto calore deve essere dissipato immediatamente dal chip IGBT e porta all'applicazione di PCB in ceramica.

In che modo un PCB in ceramica protegge il modulo IGBT dal calore? In un modulo IGBT, un PCB in ceramica è posizionato sotto il chip IGBT, oppure possiamo dire che il chip è assemblato sul circuito in ceramica. Il PCB in ceramica collega e supporta il chip e dissipa rapidamente il calore da esso all'imballaggio esterno. In questo modo, il chip è protetto dall'influenza termica.

Perché i PCB in ceramica possono essere utilizzati per la dissipazione termica degli IGBT

Esistono PCB in allumina (Al₂O₃), PCB in nitruro di alluminio (AlN) e PCB in nitruro di silicio (Si₃N₄) utilizzati per la dissipazione termica dei moduli IGBT.

Perché i PCB in ceramica possono dissipare efficacemente il calore per il modulo IGBT? Perché i materiali ceramici hanno buone proprietà di dissipazione termica e isolamento elettrico. A differenza dei PCB con substrato di alluminio, i PCB in ceramica non utilizzano uno strato isolante che ostacola la dissipazione termica. Durante il processo di produzione del PCB in ceramica, il rivestimento in rame viene incollato direttamente sul substrato ceramico ad alte temperature e pressioni elevate. Quindi lo strato del circuito viene prodotto con il metodo di rivestimento fotoresist. Quando viene prodotta la scheda, l'IGBT e altri componenti vengono montati sulla scheda. I materiali ceramici hanno un isolamento ultra alto e possono resistere a tensioni di rottura fino a 20 KV/mm. La conducibilità termica dei PCB in allumina è 15-35 W/mK, il PCB al nitruro di alluminio 170-230 W/mK e il PCB al nitruro di silicio 80+W/mK. Al contrario, un PCB in alluminio ha una dissipazione termica di soli 1-12W/mK.

Usi e applicazioni dei circuiti stampati ceramici

I circuiti stampati in ceramica hanno una vasta gamma di applicazioni e possono essere utilizzati nel campo dei LED, componenti di pannelli solari, moduli semiconduttori ad alta potenza, frigoriferi a semiconduttore, riscaldatori elettronici, circuiti di controllo dell'alimentazione, circuiti ibridi di alimentazione, componenti di alimentazione intelligenti, alimentatori a commutazione di frequenza, relè a stato solido, elettronica automobilistica, comunicazioni, componenti elettronici aerospaziali e militari.

Vantaggi delle schede PCB in ceramica

1. Maggiore conducibilità termica
2. Coefficiente di dilatazione termica più corrispondente
3. Film metallico più forte e meno resistente
4. La saldabilità del supporto è buona e la temperatura di utilizzo è elevata
5. Buon isolamento
6. Perdita ad alta frequenza bassa
7. È possibile l'assemblaggio ad alta densità
8. Non contiene ingredienti organici, è resistente ai raggi cosmici, ha un'elevata affidabilità nel settore aerospaziale e ha una lunga durata
9. Lo strato di rame non contiene uno strato di ossido e può essere utilizzato a lungo in atmosfera riducente

Svantaggi delle schede PCB in ceramica

1. Fragile
Questa è una delle carenze più importanti. Al momento, possono essere prodotti solo circuiti stampati ceramici di piccola area.

2. Costoso
Ci sono sempre più requisiti per i prodotti elettronici. I circuiti stampati in ceramica soddisfano solo i requisiti di alcuni prodotti di fascia relativamente alta e i prodotti di fascia bassa non verranno affatto utilizzati.

PCB in ceramica VS PCB in alluminio

La più grande differenza tra il PCB in ceramica e il PCB in alluminio è il materiale e la struttura. Il PCB in ceramica utilizza la ceramica come materiale di substrato. In termini di struttura, le prestazioni di isolamento della ceramica stessa sono molto buone, quindi il PCB in ceramica non necessita di uno strato isolante.

Il PCB in alluminio è un laminato rivestito di rame a base di metallo con una buona funzione di dissipazione del calore. Generalmente, un circuito stampato a lato singolo è composto da una struttura a tre strati, che è uno strato di circuito (foglio di rame), uno strato isolante e uno strato di base in metallo. Per l'uso di fascia alta, è progettato anche come una scheda PCB a doppia faccia e la struttura è costituita da uno strato di circuito, uno strato isolante, una base in alluminio, uno strato isolante e uno strato di circuito. Pochissime applicazioni utilizzano schede multistrato, che possono essere formate incollando normali schede per circuiti stampati multistrato con strati isolanti e basi in alluminio.

La conducibilità termica del PCB in alluminio è quasi compresa tra 1.0 e 2.0. Dalla struttura si può vedere che il PCB in alluminio ha uno strato isolante, quindi la sua conducibilità termica è principalmente correlata allo strato isolante. La conducibilità termica del PCB in alluminio con uno strato isolante non è eccezionale, ma molto migliore del PCB FR-4 generale.

Attualmente, i PCB ceramici sul mercato sono principalmente ceramiche di nitruro di alluminio e ceramiche di allumina. La conduttività termica della ceramica di allumina è quasi 15 ~ 31 e la conduttività termica del nitruro di alluminio è quasi 135 ~ 175.

Ovviamente, la conduttività termica del PCB in ceramica è molto migliore di quella del PCB in alluminio. Lo strato isolante è la tecnologia di base del PCB in alluminio, che svolge principalmente il ruolo di incollaggio, isolamento e conduzione del calore. Lo strato isolante del PCB in alluminio è la più grande barriera termica nella struttura del modulo di potenza. Migliore è la conducibilità termica dello strato isolante, più favorevole alla diffusione del calore generato durante il funzionamento del dispositivo e più favorevole alla riduzione della temperatura di esercizio del dispositivo, in modo da raggiungere lo scopo di aumentare il carico di potenza del modulo, riducendo il volume, prolungando la durata e migliorando la potenza erogata. In altre parole, le prestazioni del PCB in alluminio sono soggette allo strato isolante. Il PCB in ceramica non ha uno strato isolante, quindi non ci saranno tali problemi.

Processo di fabbricazione principale del pcb ceramico

1. Perforazione: l'uso della perforazione meccanica per produrre tubi di collegamento tra strati metallici
2. Fori passanti placcati: dopo aver perforato le linee di rame tra gli strati di collegamento, i circuiti tra gli strati non sono conduttivi. Pertanto, sulla parete del foro deve essere formato uno strato conduttivo per collegare le linee. Questo processo è generalmente chiamato "Processo PTH" nel settore. Le principali procedure di lavoro comprendono tre procedure di rimozione delle scorie, rame chimico e galvanica del rame.
3. Laminazione a film secco: produzione di uno strato resistivo di incisione fotosensibile.
4. Trasferimento dell'immagine del circuito interno: usa l'esposizione per trasferire l'immagine del negativo sulla superficie della scheda.
5. Esposizione del circuito esterno: dopo che la pellicola fotosensibile è stata fissata, il circuito stampato è stato sottoposto a una procedura di produzione simile a quella del circuito interno, quindi esposto e sviluppato di nuovo. La funzione principale della pellicola fotosensibile questa volta è quella di definire le aree che necessitano di galvanica e quelle che non necessitano di galvanica, e l'area che copriamo è l'area che non necessita di galvanica.
6. Sputtering del magnettron: utilizzando lo scambio di energia e quantità di moto tra gli ioni positivi generati nel processo di scarica a bagliore del gas e gli atomi di superficie del materiale target, il materiale viene spostato dal materiale sorgente al substrato per realizzare la deposizione del film sottile .
7. Incisione – Formazione di circuiti esterni: una tecnologia che rimuove i materiali mediante reazione chimica o impatto fisico. La funzionalità dell'incisione si riflette nella rimozione selettiva di modelli specifici. Dopo che l'elettroplaccatura del circuito è stata completata, il circuito verrà inviato per la spelatura, l'incisione e la spelatura del filo di stagno. Il lavoro principale è quello di spogliare completamente la resistenza galvanica ed esporre il rame da incidere nella soluzione di incisione. Poiché la parte superiore dell'area del circuito è stata protetta da stagno, viene utilizzata una soluzione di attacco alcalino per incidere il rame, ma poiché il circuito è stato protetto da stagno, il circuito nell'area del circuito può essere mantenuto, in modo che il circuito di superficie di viene visualizzato il circuito generale.
8. Rivestimento in vernice resistente alle saldature: lo scopo dei circuiti stampati in ceramica è trasportare parti elettroniche e raggiungere lo scopo della connessione. Pertanto, una volta completato il circuito della scheda, deve essere definita l'area di assemblaggio delle parti elettroniche e l'area di non assemblaggio deve essere adeguatamente protetta con materiali polimerici. Poiché la saldatura viene utilizzata per l'assemblaggio e il collegamento di parti elettroniche, questo tipo di materiale polimerico che protegge parzialmente il circuito stampato è chiamato "vernice resistente alla saldatura". Al momento, la maggior parte delle saldature fotosensibili resiste al rivestimento con inchiostro bagnato con vernice.

Processo di preparazione e tecnologia del PCB ceramico

Il processo di preparazione del PCB ceramico può essere suddiviso in quattro categorie: HTCC, LTCC, DBC e DPC.

• Il metodo di preparazione HTCC (High-Temperature Co-fired Ceramic) richiede una temperatura superiore a 1300°C, ma a causa della scelta dell'elettrodo, il costo di preparazione è piuttosto elevato;
• La preparazione della LTCC (Low-Temperature Co-fired Ceramic) richiede un processo di calcinazione a circa 850°C, ma la precisione del circuito preparato è scarsa e la conducibilità termica del prodotto finito è bassa;
• Il metodo di preparazione della DBC (Direct Bonded Ceramic) prevede la formazione di una lega tra lamina di rame e ceramica e la temperatura di calcinazione deve essere rigorosamente controllata nell'intervallo di temperatura 1065-1085°C. Poiché il metodo di preparazione del DBC richiede lo spessore della lamina di rame, generalmente non dovrebbe essere inferiore a 150 ~ 300 micron, limitando così il rapporto tra larghezza e profondità del filo di questo tipo di circuito stampato in ceramica.
• Il metodo di preparazione di DPC (Direct Plated Ceramic) include il rivestimento sottovuoto, il rivestimento a umido, l'esposizione e lo sviluppo, l'incisione e altri processi, quindi il prezzo dei suoi prodotti è relativamente alto. Inoltre, in termini di lavorazione della forma, il PCB ceramico DPC deve essere tagliato al laser, le tradizionali perforatrici, fresatrici e punzonatrici non possono elaborarle con precisione, quindi la forza di legame e la larghezza della linea sono più precise con il taglio laser.

Vantaggi del PCB in ceramica

Come suggerisce il nome, un PCB in ceramica è un circuito stampato che utilizza la ceramica come substrato. Le prestazioni della ceramica sono migliori di quelle dei normali substrati. È un circuito stampato utilizzando una polvere ceramica termicamente conduttiva e un legante organico ad una temperatura inferiore a 250 °C, e la sua conducibilità termica è di 9-20 W/mk I circuiti stampati ceramici sono ampiamente utilizzati nella produzione dell'industria elettronica . A causa dei loro vantaggi di buona conduttività termica, resistenza all'alta tensione e proprietà chimiche stabili, i circuiti stampati in ceramica sono diventati un componente importante nella produzione e produzione di prodotti elettronici.
La conducibilità termica si riferisce alla capacità di un substrato di trasferire energia termica. Maggiore è la conducibilità, migliore è la conducibilità termica. Quindi l'energia termica può essere trasferita efficacemente al sistema di dissipazione del calore, che riduce la temperatura del prodotto e prolunga la vita del prodotto. Poiché il materiale principale del PCB in ceramica è la ceramica e la ceramica stessa ha una conduttività termica molto elevata, l'effetto d'uso del PCB in ceramica può essere notevolmente migliorato.
La ceramica è un tipo di materiale con un'elevata resistenza meccanica. Il PCB ceramico realizzato con il materiale principale eredita anche la resistenza meccanica. Pertanto, il PCB in ceramica non solo può trasportare meglio vari componenti, ma supporta anche l'uso di altri componenti. Anche per le sue buone proprietà di lavorazione, è possibile ottenere la multistrato di circuiti stampati in base alle esigenze dell'utente durante la produzione.
La ceramica è un materiale isolante in grado di isolare efficacemente la resistenza elettrica e resistere all'alta tensione. Pertanto, dopo aver applicato i circuiti stampati in ceramica a vari prodotti elettronici, può esercitare meglio i suoi vantaggi di isolamento. Inoltre, i circuiti stampati in ceramica hanno una bassa costante dielettrica, quindi possono mantenere una buona stabilità in ambienti ad alta temperatura e alta umidità, il che rende il funzionamento dei prodotti elettronici più sicuro e affidabile.
Man mano che la tecnologia continua a innovarsi, i nuovi prodotti elettronici stanno diventando sempre più numerosi e i circuiti stampati sono sempre stati parte integrante. I prodotti elettronici di oggi hanno requisiti di prestazioni sempre più elevati per i circuiti stampati e i circuiti stampati ordinari non possono più soddisfare i requisiti tecnici attuali. Pertanto, l'uso di circuiti stampati in ceramica può non solo soddisfare lo status quo, ma anche portare la sua potente funzionalità e anche le prestazioni di sicurezza dei prodotti sono più garantite.