Что такое керамическая печатная плата?

Керамическая печатная плата, которая является сокращением от керамической печатной платы, является одним из видов передовых печатных плат. Он может предложить отличную производительность и надежность, особенно в высокопроизводительных электронных приложениях со строгими требованиями. В отличие от традиционных печатных плат, изготовленных из органических материалов, таких как стекловолокно или эпоксидная смола, в керамических печатных платах используются керамические материалы, которые обеспечивают уникальные характеристики и функции. Благодаря своим характеристикам рассеивания тепла, токопроводимости, изоляции и коэффициенту теплового расширения керамической печатной платы, она широко используется в мощных электронных модулях, аэрокосмической и военной электронике. Керамическая печатная плата использует соединение для соединения медной фольги и керамической подложки при высокой температуре. В этом случае керамическая печатная плата обладает сильной связующей силой, медная фольга не легко отваливается, обладает высокой надежностью и высокой стабильностью производительности при высокой температуре и влажности окружающей среды.

Распространенные материалы для керамических печатных плат

Для производства керамических печатных плат можно использовать множество материалов. При выборе материала для керамической печатной платы проектировщику необходимо обратить внимание на две основные характеристики: теплопроводность печатной платы и коэффициент теплового расширения (КЛТР). Ниже мы расскажем о наиболее распространенных материалах для керамических печатных плат.

1. Глинозем (Al2O3)

Глинозем является наиболее часто используемым материалом подложки в керамических подложках, потому что он обладает высокой прочностью и химической стабильностью по сравнению с большинством других оксидных керамических материалов с точки зрения механических, термических и электрических свойств, а источник сырья в изобилии, что подходит для различных технических производств и различных форм. По процентному содержанию оксида алюминия (Al2O3) его можно разделить на 75 фарфор, 96 фарфора и 99,5 фарфора. Различное содержание оксида алюминия практически не влияет на электрические свойства, но его механические свойства и теплопроводность сильно варьируются. В подложках низкой чистоты больше стеклянных фаз, а шероховатость поверхности большая. Чем выше чистота подложки, тем ровнее, плотнее и ниже диэлектрические потери, но тем выше цена.

2. БеО

Он имеет более высокую теплопроводность, чем металлический алюминий, и используется в ситуациях, когда требуется высокая теплопроводность. Температура быстро падает после превышения 300°C, но ее развитие ограничено ее токсичностью.

3. АлН

Керамика на основе нитрида алюминия представляет собой керамику с порошком нитрида алюминия в качестве основной кристаллической фазы. По сравнению с керамическими подложками из оксида алюминия, он имеет более высокое сопротивление изоляции и выдерживаемое напряжение изоляции, а также более низкую диэлектрическую проницаемость. Его теплопроводность в 7-10 раз выше, чем у Al2O3, а коэффициент теплового расширения (КЛТР) примерно соответствует коэффициенту кремниевых пластин, что имеет решающее значение для мощных полупроводниковых чипов. С точки зрения производственного процесса, на теплопроводность AlN большое влияние оказывает содержание остаточной примеси кислорода. Снижение содержания кислорода позволяет значительно улучшить теплопроводность.

Керамическая печатная плата с двух сторон

Типы керамических печатных плат

Существуют различные типы и спецификации керамических печатных плат, каждый тип разработан и используется в соответствии с конкретными приложениями и требованиями. Вот некоторые распространенные типы керамических печатных плат;

1. Односторонняя керамическая печатная плата: Это основная керамическая печатная плата, и на керамической подложке есть один проводящий слой. Обычно он используется в некоторых приложениях, где требуется высокая теплопроводность, но не требуется сложная схема.
2. Многослойная печатная плата: Он подходит для сложных схемотехнических схем, межсоединений высокой плотности и приложений, требующих целостности сигнала
3. Толстопленочная печатная плата: толстопленочная технология используется для создания проводящих и резистивных следов на керамической печатной плате. Толстопленочная печатная плата известна своей долговечностью, она может хорошо работать в автомобильных и промышленных условиях, а также в других приложениях в суровых условиях.

Керамические печатные платы также можно разделить на различные типы в зависимости от производственных процессов;

1. Печатная плата с прямым покрытием из меди (DPC): Это технология обработки керамической схемы, разработанная на основе обработки тонких пленок керамики. В качестве подложки схемы используется керамика из нитрида алюминия / оксида алюминия, металлический слой компонуется на поверхности подложки путем напыления, а контур формируется с помощью гальванического покрытия и фотолитографии.
2. Печатная плата с лазерной активационной металлизацией (LAM): Он обладает высокой точностью и хорошей прочностью сцепления. Проводящий слой может быть настроен от 1 мкм до 1 мм, а использование чистой меди вместо серебряной пасты может решить проблему проводимости отверстий и прочности сцепления, а общая производительность будет более стабильной.
3. Печатная плата из меди с прямым соединением (DBC): При использовании метода DBC соответствующее количество кислорода вводится между медью и керамикой до или во время процесса осаждения. Этот метод используется, когда требуется высокая толщина меди от 140 мкм (4 унции) до 350 мкм (10 унций).
4. Печатная плата низкотемпературной керамики с совместным обжигом (LTCC): Технология LTCC использует тот же метод, что и конденсаторы, для изготовления различных керамических устройств. Их помещают в печь для спекания при температуре 850-900°C для формования. Чтобы добиться электрического соединения между слоями, отверстия перед печатью должны быть пробиты и заполнены серебристой пастой.
5. Высокотемпературная керамика с совместным обжигом (HTCC) печатная плата: В процессе изготовления стеклянный материал не добавляется. Разница между HTCC и LTCC заключается в том, что печатные платы HTCC запекаются при температуре около 1600–1700 °C в газообразной атмосфере. Печатные платы HTCC имеют настолько высокую температуру совместного горения, что в них используются контуры, изготовленные из металлов с высокой температурой плавления, таких как вольфрам, молибден или марганец. При высоких температурах эти печатные платы могут нормально функционировать без каких-либо повреждений, поскольку они предназначены для работы даже в суровых условиях.

 

Преимущества керамических печатных плат

Керамическая печатная плата имеет различные преимущества, что делает ее хорошим выбором для приложений, требующих высокой производительности, надежности и эффективности.

1. Высокая теплопроводность: Керамические материалы Al2O3, AlN, SiC и др. обладают отличной теплопроводностью. Это означает, что керамическая печатная плата может эффективно рассеивать тепло, чтобы избежать перегрева и обеспечить нормальную и надежную работу мощных электронных устройств.
2. Превосходные электронные свойства: Керамический материал обладает низкими диэлектрическими потерями и хорошими электронными свойствами, особенно при высоких частотах. Это делает керамическую печатную плату очень подходящей для использования в радиочастотных, микроволновых и высокоскоростных цифровых схемах и подобных приложениях, поскольку целостность сигнала и низкие потери сигнала очень важны.
3. Механическая прочность и долговечность: По сравнению с органической печатной платой, керамическая печатная плата обладает лучшей механической прочностью и жесткостью. Жесткость позволяет керамической печатной плате выдерживать механические нагрузки, тряску и удары, а также делает керамическую печатную плату более подходящей в сложных условиях.
4. Химическая стойкость: Керамика обладает высокой стойкостью к химическим веществам, растворам, кислотам и щелочам. Эта стойкость делает керамические печатные платы идеальными для применения в отраслях, где распространено воздействие агрессивных химических веществ, таких как автомобильная, аэрокосмическая и промышленная промышленность.
5. Устойчивость к высоким температурам: По сравнению с традиционной органической печатной платой, керамическая печатная плата может выдерживать более высокую температуру, что очень важно для автомобильной и аэрокосмической промышленности, поскольку электронные изделия должны надежно работать при высоких температурах.
6. Меньшие по размеру: Керамическая печатная плата может использовать тонкие схемы, более мелкие компоненты и межсоединения высокой плотности, поэтому проектировщик может создавать компактные конструкции. Эта функция важна для приложений, которые требуют меньших размеров без ущерба для производительности.
7. Целостность сигнала: Керамическая печатная плата может обеспечить превосходную целостность сигнала благодаря низким диэлектрическим потерям и высокой диэлектрической проницаемости, особенно при высокой частоте. Благодаря этой особенности керамическая печатная плата подходит для высокоскоростной передачи данных и систем связи.
8. Совместимость с суровыми условиями окружающей среды: Поскольку керамика обладает свойствами термостойкости, химической стойкости, она может хорошо работать в суровых условиях, например, при разведке нефти и газа, аэрокосмическом и военном применении.
9. Надежность и длительный срок службы: Сочетание высоких тепловых характеристик, прочности и химической стойкости способствует долгосрочной надежности керамической печатной платы, снижая риск отказа и продлевая срок службы электронных устройств.
10. Доступно по индивидуальному заказу: Керамическая печатная плата может быть настроена в соответствии с конкретными требованиями к проекту, включая базовый материал, конфигурацию слоя, компоновку, расположение компонентов, что позволяет проектировщикам оптимизировать схему в зависимости от приложения.
11. Производительность ЭМП/ЭМС: Керамические материалы по своей природе обладают лучшими характеристиками электромагнитных помех (ЭМП) и электромагнитной совместимости (ЭМС) благодаря своим электрическим свойствам и экранирующим свойствам

Вид сбоку на керамической печатной плате

Недостатки керамической печатной платы

Как мы уже говорили выше, керамическая печатная плата имеет много преимуществ по сравнению с другими печатными платами, но все же есть некоторые потенциальные недостатки, которые необходимо учитывать.

1. Хрупкий: Благодаря оригинальным свойствам керамики, она хрупка при обращении, сборке и тестировании. Таким образом, инженерному персоналу необходимо уделять больше внимания керамической печатной плате в указанном процессе.
2. Соображения по стоимости: Керамика – недорогой материал. Однако, учитывая все факторы, она все равно намного дороже традиционной печатной платы. Поэтому проектировщику необходимо подумать, является ли более экономичным вариантом изготовление проектной керамической печатной платы.

Применение керамических печатных плат

• Большой мощности электронный модуль, компоненты солнечной батареи
• Высокочастотный силовой выключатель, твердотельные реле
• Автомобильная электроника, аэрокосмическая и военная электроника
• Мощные светодиодные осветительные приборы
• Телекоммуникационная антенна, автомобильная зажигалка

Керамическая печатная плата стала идеальным выбором для высокомощных и высокочастотных приложений благодаря своей превосходной теплопроводности, высокой стабильности и отличным характеристикам. В области 5G и новой энергетики он продвигает электронные технологии в более эффективном и надежном направлении и является ключевым материалом для будущего высокотехнологичного электронного производства.

Компания Jerico PCB активно работает в области производства керамических печатных плат уже 16 лет, начиная с 2009 года. Мы поддержали сотни проектов от концепции до прототипа и массового производства с помощью наших надежных и высокопроизводительных услуг по изготовлению керамических печатных плат в новых областях энергетики и телекоммуникаций. Мы верим, что если мы будем делать то, что у нас хорошо получается, мы будем более профессиональными день ото дня с поддержкой и доверием наших клиентов. Давайте поговорим о вашем проекте керамической печатной платы сегодня и посмотрим, как мы можем принести вам успех.