PCB de cerâmica

Nós somos um profissional pcb cerâmico fabricante, fornecedor da China, fornecemos principalmente placas de PCB de cerâmica de alumina (Al2O3) de alta qualidade, placa de PCB de cerâmica de nitreto de alumínio (AIN) e PCB de cerâmica IGBT. Nossas placas de circuito impresso de cerâmica apresentam alta pressão, alto isolamento, alta temperatura e produtos eletrônicos de alta confiabilidade e menor volume, a Hitech é sua melhor escolha para placas e necessidades de PCB de cerâmica.

O que é placa pcb cerâmica

placa de cerâmica as placas são na verdade feitas de cerâmica eletrônica como material básico e podem ser feitas em várias formas. Dentre elas, destacam-se as características de resistência a altas temperaturas e alto isolamento elétrico das placas de circuitos cerâmicos. As vantagens da baixa constante dielétrica e perda dielétrica, alta condutividade térmica, boa estabilidade química e coeficiente de expansão térmica semelhante aos componentes também são muito significativas.

Diferentes tipos de pcb de cerâmica

PCB de cerâmica é amplamente utilizado em eletrônica de potência, embalagens eletrônicas, microeletrônica híbrida e módulos multi-chip devido à sua excelente condutividade térmica e estanqueidade ao ar. Mas nem todos são claros sobre a classificação. Muitos fabricantes pensam que os PCBs cerâmicos são caros e frágeis assim que ouvem falar dos PCBs cerâmicos. Sim, esta é realmente uma deficiência dos PCBs de cerâmica, mas nem todos os PCBs de cerâmica são assim. Hoje vamos falar sobre os diferentes tipos de PCBs de cerâmica.

PCB de cerâmica Al2O3

PCB de cerâmica Al2O3 (PCB de cerâmica de alumina) refere-se a vários PCBs de cerâmica com Al2O3 como principal matéria-prima e um teor de Al2O3 superior a 75%. Possui uma rica fonte de matérias-primas, com vantagens de baixo preço, alta resistência mecânica e dureza, bom desempenho de isolamento, boa resistência ao choque térmico, boa resistência química, alta precisão dimensional e boa adesão aos metais. É um material de substrato cerâmico com bom desempenho abrangente. Atualmente utilizados substratos cerâmicos Al2O3, o teor de Al2O3 é responsável por 85% a 99.5%. Entre eles, o PCB cerâmico 96% Al2O3 é amplamente utilizado na produção de substratos de circuito de filme espesso e dispositivos de chip. A condutividade térmica do Al2O3 à temperatura ambiente é 29W/(m·K), que é próxima da condutividade térmica do aço; com o aumento do teor de Al2O3, o desempenho de isolamento elétrico e a condutividade térmica do PCB de cerâmica Al2O3 aumentarão, mas ao mesmo tempo, também levará a um aumento na temperatura de queima, um aumento no consumo de energia, uma grande perda de forno móveis e um aumento nos custos de fabricação.

PCB de cerâmica SiC

A condutividade térmica do PCB cerâmico de SiC é muito alta, 100~490W/(m·K) à temperatura ambiente, e está relacionada com a pureza dos cristais de SiC. Quanto maior a pureza, maior a condutividade térmica; a resistência à oxidação é boa e a temperatura de decomposição está acima de 2500 ℃, ainda pode ser usada a 1600 ℃ em uma atmosfera oxidante; o coeficiente de expansão térmica também é baixo, próximo ao Si, com bom desempenho de isolamento elétrico; O SiC possui dureza Mohs de 9.75, perdendo apenas para diamante e BN cúbico, e possui alta resistência mecânica. Cerâmicas SiC têm fortes características de ligação covalente e são difíceis de sinterizar. Normalmente, uma pequena quantidade de boro ou óxido de alumínio é adicionada como auxiliar de sinterização para aumentar a densidade. Experimentos mostram que berílio, boro, alumínio e seus compostos são os aditivos mais eficazes, que podem tornar as cerâmicas de SiC mais densas que 98%.

PCB de cerâmica BeO

BeO tem uma estrutura brazina, na qual os íons de oxigênio são dispostos de maneira hexagonal compactada para formar uma rede hexagonal. O óxido geral é geralmente um composto iônico, mas o BeO tem uma forte ligação covalente e um peso molecular médio de apenas 12. Devido às suas boas propriedades elétricas, luminescência e propriedades fotoquímicas, alta resistência mecânica, baixa perda dielétrica, etc, torna-se um dos materiais que as pessoas prestam atenção.

PCB de cerâmica AlN

AlN cerâmica PCB (cerâmica de nitreto de alumínio) é um novo tipo de material de embalagem cerâmica de alta condutividade térmica. Foi amplamente estudado na década de 1990 e desenvolvido gradualmente. Atualmente, é geralmente considerado um PCB de embalagem cerâmica eletrônica promissor. O material AlN tem alta condutividade térmica, excelentes propriedades dielétricas, alta resistência de isolamento elétrico, propriedades químicas estáveis, forte resistência à corrosão e boas propriedades mecânicas. Em particular, seu coeficiente de expansão térmica combina com o silício, o que o torna um material de substrato de embalagem semicondutor ideal e tem sido amplamente utilizado em circuitos integrados, dispositivos de energia de micro-ondas, embalagens de ondas milimétricas, embalagens eletrônicas de alta temperatura e outros campos.

PCB de cerâmica para módulo IGBT

IGBT significa transistor bipolar de porta isolada. É um transistor bipolar com um terminal de porta isolado. O IGBT combina, em um único dispositivo, uma entrada de controle com estrutura MOS e um transistor de potência bipolar que atua como chave de saída. IGBTs Ceramic PCB são adequados para aplicações de alta tensão e alta corrente. Eles são projetados para acionar aplicações de alta potência com uma entrada de baixa potência.

IGBT, ou Insulated Gate Bipolar Transistor, é um transistor BJT com um MOS Gate, ou podemos dizer que um módulo IGBT é a combinação de um BJT e um MOS Gate. Um chip IGBT é pequeno em tamanho, mas pode controlar a transmissão de energia elétrica e atingir 100,000 vezes a comutação de corrente em tensões ultra-altas de 650 milhões de V em apenas 1 segundo.

Os módulos IGBT têm sido aplicados em indústrias automotiva, industrial, aeroespacial, eletrônica de consumo e muitas outras indústrias por muitos anos. Mas como otimizar a dissipação térmica de um pacote IGBT para que o módulo funcione com uma potência maior? Se a térmica pode se dissipar mais rapidamente, o módulo IGBT pode ter aplicações mais avançadas. Para isso, os engenheiros estão usando PCBs de cerâmica para embalagens IGBT.

PCBs de cerâmica dissipam o calor do chip IGBT para a embalagem externa

Você pode perguntar, quanta térmica um módulo IGBT gera quando funciona? É igual ao calor gerado por 100 fornos elétricos. Tanto calor tem que ser dissipado imediatamente do chip IGBT e leva à aplicação de PCBs de cerâmica.

Como um PCB de cerâmica protege o módulo IGBT do calor? Em um módulo IGBT, uma placa de circuito impresso de cerâmica é colocada sob o chip IGBT, ou podemos dizer que o chip é montado na placa de circuito de cerâmica. O PCB de cerâmica conecta e suporta o chip e dissipa o calor rapidamente dele para a embalagem externa. Desta forma, o chip é protegido da influência térmica.

Por que PCBs de cerâmica podem ser usados ​​para dissipação térmica IGBT

Existem PCBs de alumina (Al₂O₃), PCBs de nitreto de alumínio (AlN) e PCBs de nitreto de silício (Si₃N₄) usados ​​para dissipação térmica de módulos IGBT.

Por que os PCBs de cerâmica podem dissipar o calor de forma eficaz para o módulo IGBT? Porque os materiais cerâmicos têm boas propriedades de dissipação térmica e isolamento elétrico. Ao contrário dos PCBs de substrato de alumínio, os PCBs cerâmicos não utilizam uma camada de isolamento que dificulte a dissipação térmica. Durante o processo de fabricação do PCB cerâmico, o cobre revestido é diretamente ligado ao substrato cerâmico em altas temperaturas e altas pressões. Em seguida, a camada do circuito é fabricada pelo método de revestimento fotorresistente. Quando a placa de circuito é fabricada, o IGBT e outros componentes são montados na placa. Os materiais cerâmicos têm isolamento ultra-alto e podem suportar tensões de ruptura de até 20KV/mm. A condutividade térmica de PCBs de alumina é 15-35W/mK, PCB de nitreto de alumínio 170-230W/mK e PCB de nitreto de silício 80+W/mK. Pelo contrário, um PCB de alumínio tem dissipação térmica de apenas 1-12W/mK.

Usos e aplicações de placas de circuito impresso de cerâmica

As placas de circuito impresso de cerâmica têm uma ampla gama de aplicações e podem ser usadas no campo de LED, componentes de painéis solares, módulos semicondutores de potência de alta potência, refrigeradores semicondutores, aquecedores eletrônicos, circuitos de controle de potência, circuitos híbridos de potência, componentes de potência inteligentes, fontes de alimentação de comutação de frequência, relés de estado sólido, eletrônica automotiva, comunicações, componentes eletrônicos aeroespaciais e militares.

Vantagens das placas PCB cerâmicas

  1. Maior condutividade térmica
  2. Coeficiente de expansão térmica mais correspondente
  3. Filme metálico mais forte e de menor resistência
  4. A soldabilidade do substrato é boa e a temperatura de uso é alta
  5. Bom isolamento
  6. Perda de baixa frequência
  7. A montagem de alta densidade é possível
  8. Não contém ingredientes orgânicos, é resistente aos raios cósmicos, tem alta confiabilidade aeroespacial e tem longa vida útil
  9. A camada de cobre não contém uma camada de óxido e pode ser usada por um longo tempo em uma atmosfera redutora

Desvantagens das placas de circuito impresso de cerâmica

1. Frágil
Esta é uma das deficiências mais importantes. Atualmente, apenas placas de circuito impresso de cerâmica de pequena área podem ser produzidas.

2. Caro
Há cada vez mais requisitos para produtos eletrônicos. As placas de circuito cerâmico atendem apenas aos requisitos de alguns produtos relativamente sofisticados, e os produtos de baixo custo não serão usados.

PCB de cerâmica VS PCB de alumínio

A maior diferença entre o PCB de cerâmica e o PCB de alumínio é o material e a estrutura. O PCB cerâmico usa cerâmica como material de substrato. Em termos de estrutura, o desempenho de isolamento da própria cerâmica é muito bom, portanto, a placa cerâmica não precisa de uma camada isolante.

O PCB de alumínio é um laminado revestido de cobre à base de metal com boa função de dissipação de calor. Geralmente, uma placa de lado único é composta por uma estrutura de três camadas, que é uma camada de circuito (folha de cobre), uma camada isolante e uma camada de base metálica. Para uso high-end, também é projetado como uma placa PCB de dupla face, e a estrutura é camada de circuito, camada isolante, base de alumínio, camada isolante e camada de circuito. Muito poucas aplicações estão usando placas multicamadas, que podem ser formadas pela colagem de placas PCB multicamadas comuns com camadas isolantes e bases de alumínio.

A condutividade térmica do PCB de alumínio está quase entre 1.0 e 2.0. Pode-se observar pela estrutura que a PCB de alumínio possui uma camada isolante, portanto sua condutividade térmica está relacionada principalmente à camada isolante. A condutividade térmica do PCB de alumínio com uma camada isolante não é excelente, mas muito melhor do que o PCB FR-4 geral.

Atualmente, os PCBs cerâmicos no mercado são principalmente cerâmicas de nitreto de alumínio e cerâmicas de alumina. A condutividade térmica da cerâmica de alumina é quase 15~31, e a condutividade térmica do nitreto de alumínio é quase 135~175.

Obviamente, a condutividade térmica do PCB de cerâmica é muito melhor do que a do PCB de alumínio. A camada isolante é a tecnologia central do PCB de alumínio, que desempenha principalmente o papel de ligação, isolamento e condução de calor. A camada isolante do PCB de alumínio é a maior barreira térmica na estrutura do módulo de potência. Quanto melhor a condutividade térmica da camada isolante, mais propícia à difusão do calor gerado durante a operação do dispositivo e mais propícia à redução da temperatura de operação do dispositivo, de modo a atingir o objetivo de aumentar a carga de energia do módulo, reduzindo o volume, prolongando a vida útil e melhorando a saída de energia. Em outras palavras, o desempenho do PCB de alumínio está sujeito à camada isolante. O PCB de cerâmica não possui camada isolante, portanto não haverá tais problemas.

principal processo de fabricação de pcb de cerâmica

  1. Perfuração: o uso de perfuração mecânica para produzir tubos de conexão entre camadas de metal
  2. Furos passantes chapeados: Depois que as linhas de cobre entre as camadas de conexão são perfuradas, os circuitos entre as camadas não são condutores. Portanto, uma camada condutora deve ser formada na parede do furo para conectar as linhas. Este processo é geralmente chamado de “Processo PTH” na indústria. Os principais procedimentos de trabalho incluem três procedimentos de remoção de escória, cobre químico e galvanoplastia de cobre.
  3. Laminação de filme seco: produção de camada resistiva de ataque fotossensível.
  4. Transferência de imagem do circuito interno: Use a exposição para transferir a imagem do negativo para a superfície da placa.
  5. Exposição do circuito externo: Depois que o filme fotossensível é anexado, a placa de circuito passou por um procedimento de fabricação semelhante ao da placa de circuito interno e, em seguida, exposta e revelada novamente. A principal função do filme fotossensível desta vez é definir as áreas que precisam de galvanoplastia e aquelas que não precisam de galvanoplastia, e a área que cobrimos é a área que não precisa de galvanoplastia.
  6. Sputtering de magnetron: Usando a troca de energia e momento entre os íons positivos gerados no processo de descarga de gás incandescente e os átomos de superfície do material alvo, o material é movido do material de origem para o substrato para realizar a deposição do filme fino .
  7. Gravura – Formação de circuitos externos: Tecnologia que remove materiais por meio de reação química ou impacto físico. A funcionalidade da gravação é refletida na remoção seletiva de padrões específicos. Depois que a galvanoplastia do circuito estiver concluída, a placa de circuito será enviada para descascar, gravar e descascar o fio de estanho. O principal trabalho é retirar completamente a resistência de galvanoplastia e expor o cobre a ser gravado na solução de gravação. Como a parte superior da área do circuito foi protegida por estanho, uma solução de ataque alcalino é usada para gravar o cobre, mas como o circuito foi protegido por estanho, o circuito na área do circuito pode ser retido, de modo que o circuito de superfície de a placa de circuito geral aparece.
  8. Revestimento de tinta resistente à solda: O objetivo das placas de circuito de cerâmica é transportar peças eletrônicas e atingir o objetivo de conexão. Portanto, após a conclusão do circuito da placa de circuito, deve-se definir a área onde as peças eletrônicas serão montadas, e a área de não montagem deve ser devidamente protegida com materiais poliméricos. Como a solda é usada para a montagem e conexão de peças eletrônicas, esse tipo de material polimérico que protege parcialmente a placa de circuito é chamado de “pintura resistente à solda”. Atualmente, a maioria das soldas fotossensíveis resiste à pintura com revestimento de tinta úmida.

Processo de preparação e tecnologia de PCB cerâmica

O processo de preparação do PCB cerâmico pode ser dividido em quatro categorias: HTCC, LTCC, DBC e DPC.

  • O método de preparo HTCC (High-Temperature Co-fired Ceramic) requer uma temperatura acima de 1300°C, mas devido à escolha do eletrodo, o custo do preparo é bastante caro;
  • A preparação de LTCC (Low-Temperature Co-fired Ceramic) requer um processo de calcinação a cerca de 850°C, mas a precisão do circuito preparado é fraca e a condutividade térmica do produto acabado é baixa;
  • O método de preparação do DBC (Direct Bonded Ceramic) requer a formação de uma liga entre folha de cobre e cerâmica, e a temperatura de calcinação precisa ser rigorosamente controlada dentro da faixa de temperatura de 1065-1085°C. Como o método de preparação do DBC requer a espessura da folha de cobre, geralmente não deve ser inferior a 150 ~ 300 mícrons, limitando assim a largura do fio em relação à profundidade deste tipo de placa de circuito cerâmico.
  • O método de preparação do DPC (Direct Plated Ceramic) inclui revestimento a vácuo, revestimento úmido, exposição e desenvolvimento, gravura e outros processos, portanto o preço de seus produtos é relativamente alto. Além disso, em termos de processamento de forma, o PCB de cerâmica DPC precisa ser cortado a laser, perfuração tradicional, fresadoras e puncionadeiras não podem processá-los com precisão, portanto, a força de ligação e a largura da linha são mais precisas com o corte a laser.

Vantagens do PCB de cerâmica

Como o nome indica, um PCB de cerâmica é uma placa de circuito que usa cerâmica como substrato. O desempenho da cerâmica é melhor do que o dos substratos comuns. É uma placa de circuito preparada usando um pó cerâmico termicamente condutor e um aglutinante orgânico a uma temperatura inferior a 250 °C, e sua condutividade térmica é de 9-20 W / mk Placas de circuito de cerâmica são amplamente utilizadas na fabricação da indústria eletrônica . Devido às suas vantagens de boa condutividade térmica, resistência a alta tensão e propriedades químicas estáveis, as placas de circuito cerâmico tornaram-se um componente importante na fabricação e fabricação de produtos eletrônicos.
A condutividade térmica refere-se à capacidade de um substrato de transferir energia térmica. Quanto maior a condutividade, melhor a condutividade térmica. Assim, a energia térmica pode ser efetivamente transferida para o sistema de dissipação de calor, o que reduz a temperatura do produto e prolonga a vida útil do produto. Uma vez que o material principal do PCB cerâmico é a cerâmica, e a própria cerâmica tem uma condutividade térmica muito alta, o efeito de uso do PCB cerâmico pode ser notavelmente melhorado.
A cerâmica é um tipo de material com alta resistência mecânica. O PCB cerâmico feito do material principal também herda a resistência mecânica. Portanto, o PCB de cerâmica pode não apenas transportar melhor vários componentes, mas também suportar o uso de outros componentes. Também devido às suas boas propriedades de processamento, é possível obter várias camadas de placas de circuito de acordo com os requisitos do usuário durante a produção.
A cerâmica é um material isolante que pode efetivamente isolar a resistência elétrica e suportar alta tensão. Portanto, após a aplicação de placas de circuitos cerâmicos em vários produtos eletrônicos, ele pode exercer melhor suas vantagens de isolamento. Além disso, as placas de circuitos cerâmicos possuem uma baixa constante dielétrica, para que possam manter uma boa estabilidade em ambientes de alta temperatura e alta umidade, o que torna a operação de produtos eletrônicos mais segura e confiável.
À medida que a tecnologia continua a inovar, novos produtos eletrônicos estão se tornando cada vez mais e as placas de circuito sempre foram parte integrante. Os produtos eletrônicos de hoje têm requisitos de desempenho cada vez mais altos para placas de circuito, e placas de circuito comuns não podem mais atender aos requisitos técnicos atuais. Portanto, o uso de placas de circuito de cerâmica pode não apenas atender ao status quo, mas também trazer sua poderosa funcionalidade, e o desempenho de segurança dos produtos também é mais garantido.

Perguntas frequentes sobre PCBs de cerâmica na Hitech Circuits

1. Que tipos de PCBs cerâmicos a Hi-Tech Circuits oferece?

A Hi-Tech Circuits é especializada em vários tipos de PCBs cerâmicos, incluindo óxido de alumínio (Al2O3), nitreto de alumínio (AlN) e nitreto de boro (BN). Esses materiais são escolhidos por seu excepcional gerenciamento térmico e confiabilidade em ambientes desafiadores.

2. Os circuitos de alta tecnologia podem personalizar PCBs cerâmicos de acordo com requisitos específicos?

Sim, oferecemos opções de personalização para nossos PCBs cerâmicos para atender às necessidades exclusivas de seus projetos. Isso inclui variações de layout, tamanho, espessura e materiais. Nossa equipe trabalha em estreita colaboração com os clientes para garantir que suas especificações sejam atendidas.

3. Como a Hi-Tech Circuits garante a qualidade de seus PCBs cerâmicos?

Empregamos medidas rigorosas de controle de qualidade em todas as etapas do processo de fabricação, desde a seleção do material até a inspeção final. Nossas instalações estão equipadas com equipamentos de teste avançados para garantir que cada PCB atenda aos nossos altos padrões de qualidade e confiabilidade.

4. Qual é o prazo de entrega para a produção de PCBs cerâmicos na Hi-Tech Circuits?

O prazo de entrega varia de acordo com a complexidade e a quantidade do pedido. Normalmente, nosso tempo de produção varia de 2 a 4 semanas. No entanto, também oferecemos serviços rápidos para projetos urgentes. Entre em contato conosco para prazos mais específicos.

5. A Hi-Tech Circuits oferece suporte a pedidos de baixo volume de PCBs cerâmicos?

Sim, apoiamos pedidos de baixo e alto volume para atender às diversas necessidades de nossos clientes. Quer você precise de um protótipo ou de uma produção em larga escala, estamos equipados para atender suas necessidades com eficiência.

6. Quais formatos de arquivo preciso enviar para meu projeto de PCB de cerâmica?

Aceitamos vários formatos de arquivo, incluindo Gerber RS-274X, PCBDOC, DXF e DWG. Se você tiver seu design em outro formato, entre em contato conosco para discutir compatibilidade.

7. Os circuitos de alta tecnologia podem ajudar na fase de design do meu projeto de PCB cerâmico?

Absolutamente! Temos uma equipe dedicada de engenheiros que podem auxiliar no design e layout da PCB, garantindo que seu projeto seja otimizado para fabricação e desempenho.