Carte de circuit imprimé en céramique

Fabrication de circuits imprimés en céramique : combinaison de couches de cuivre avec un substrat de matériaux céramiques réalisé en appliquant une valeur élevée de température. Les circuits imprimés en céramique personnalisés de FS Technology peuvent offrir à votre projet de meilleures performances que le FR-4 et les matériaux métalliques.

Répertoire des circuits imprimés en céramique

Qu'est-ce qu'un PCB en céramique ?

Le circuit imprimé en céramique est un type de circuit imprimé traité par un procédé spécial. Différentes techniques sont actuellement disponibles pour produire des cartes en céramique, comme la technologie LAM avec la métallisation par activation rapide au laser. Il existe des matériaux de base en céramique utilisés dans les circuits imprimés en céramique avec d'autres substances conductrices comme le nitrure d'aluminium et l'oxyde de béryllium. Grâce à la forte connexion entre les plaques de céramique et de cuivre, il peut fonctionner dans n'importe quelle condition où les autres plaques ne fonctionnent pas. En tant que fabricant de circuits imprimés en céramique de haute qualité, Technologie FS peut vous fournir les types de substrats suivants :

Caractéristiques et avantages des PCB en céramique

FS Technology vous présente les caractéristiques des différents types de circuits imprimés en céramique.

PCB en alumine

Le PCB en alumine est un type de PCB en céramique, dont les concepts sont différents de ceux du PCB en aluminium. Le PCB en aluminium utilise de l'aluminium pur comme substrat du circuit imprimé, et il ajoute simplement une fine couche de revêtement céramique en alumine sur le substrat en aluminium. Ce PCB en céramique conserve les propriétés supérieures de dissipation thermique de la céramique tout en profitant des propriétés mécaniques de l'IMS. Les circuits imprimés courants sont généralement formés en collant une feuille de cuivre et un substrat. Ces cartes de circuits imprimés sont susceptibles de se déformer à des degrés divers en raison de facteurs tels que la surchauffe, les facteurs chimiques et une production inadéquate. Les matériaux en céramique d'alumine ont été continuellement améliorés et développés, et leur capacité de dissipation de la chaleur, leur capacité de transport du courant, leur isolation et leur coefficient de dilatation thermique sont meilleurs que ceux des circuits imprimés ordinaires. Les paramètres du PCB en céramique d'alumine sont présentés dans le tableau suivant :

Caractéristiques96% PCB en alumine99% PCB en alumine
Conductivité thermique25W/(m-K)31,4 W/(m-K)
Densité3,6g/cm³3,9g/cm³
Dureté1500HV1700HV
Warping≤0.3mm≤0.2mm
Rugosité de la surface (Ra)0,6-0,8μm0,6-0,8μm
Coefficient de dilatation thermique (20°C à 300°C)6-7.5×10^(-6)°C8-10×10^(-6)°C
Taux d'absorption d'eau0%0%
Température maximale1400°C1600°C
Ténacité à la rupture3-4Mpa m1/24Mpa m1/2
Tension d'utilisation18KV18KV
Résistivité volumique//
Constante diélectrique [1MHz, 25°C]9.410
Température de frittage1689°C1700°C
Résistance aux chocs thermiques200T°C220T°C
Parallélisme±0,4%±0,3%
Résistance à la compression25000Kgf/cm²30000Kgf/cm²
Résistance à la flexion3000Kgf/cm²3500Kgf/cm²

Avantages des circuits imprimés en céramique d'alumine

  • C'est un excellent matériau isolant
  • Les prototypes de PCB en céramique sont moins coûteux que les autres matériaux à âme métallique.
  • Emballage étanche à l'air pour garantir l'absorption d'eau par 0%
  • L'alumine lui confère une protection contre l'usure et la corrosion.
  • Ce circuit imprimé en céramique permet un assemblage à haute densité
  • Une conductivité thermique exceptionnelle et une conductivité thermique supérieure
  • Le film protecteur en alumine assure au circuit imprimé en céramique une résistance mécanique normale.
  • Comme il peut réaliser une structure de carte de circuit imprimé multicouche, la taille de son emballage devient plus petite.
  • Le coefficient de dilatation thermique est proche de celui de la puce, et il ne sera pas déformé par les variations de la différence de température, ce qui peut éviter le problème du dessoudage du circuit.
 

En tant que matériau céramique le plus populaire pour l'emballage multicouche, presque tous les fournisseurs peuvent le fabriquer pour vous, il est couramment utilisé dans les domaines suivants: Produits d'éclairage LED, équipements de communication, cellules solaires, systèmes de freinage, systèmes d'injection, etc.

PCB en nitrure d'aluminium (AlN)

Bien que les stratifiés bon marché à base de céramique d'alumine et de cuivre puissent offrir à votre projet de bonnes propriétés mécaniques et une rigidité diélectrique élevée, il ne s'agit que d'une considération économique, et elle n'est pas satisfaisante dans l'application de projets de haute puissance. Le stratifié plaqué cuivre à base de céramique de nitrure d'aluminium peut non seulement égaler ses propriétés d'isolation et ses propriétés mécaniques, mais aussi compenser ses défauts. La conductivité thermique de ce circuit imprimé en céramique est 10 fois supérieure à celle des stratifiés plaqués cuivre à base de céramique d'alumine. Par conséquent, FS Technology pense que le circuit imprimé céramique en nitrure d'aluminium deviendra la clé de voûte des modules intégrés de haute puissance, l'avenir des circuits imprimés céramiques. Ce qui suit est une introduction à ses excellentes propriétés :

CaractéristiquesValeur
Conductivité thermique170-320W/(m-K)
Densité≥3.3g/cm³
Dureté Mohs8
Warping0,03-0,05mm
Rugosité de la surface Ra0,3-0,5μm
Coefficient de dilatation thermique (20°C à 300°C)4.6×10^-6°C
Absorption de l'eau0%
Température maximale2500°C
Ténacité à la rupture320-330MPa m1/2
Module d'élasticité310-320GPa
Résistivité volumique>10^13Ω-cm
Constante diélectrique [1MHz, 25°C]9
Perte diélectrique [1MHz, 25°C]3.8×10ˆ-4
Rigidité diélectrique17KV/mm

Avantages des circuits imprimés en céramique AlN

  • Il s'agit d'un circuit imprimé céramique multifonctionnel
  • Premier choix pour les projets de haute puissance
  • Achetez en gros chez FS Tech pour un meilleur prix
  • Ce substrat a la meilleure conductivité thermique
  • Une combinaison des meilleures propriétés thermiques de leur catégorie et d'une faible dilatation.
  • FS Tech considère qu'il s'agit d'un remplacement parfait des cartes de circuits imprimés existantes.
  • Comme les autres circuits imprimés en céramique, il se caractérise par sa rigidité, sa durabilité et son absorption d'eau 0%.

En raison du prix élevé de cette carte de circuit imprimé en céramique, il est recommandé de l'utiliser dans les projets suivants : systèmes d'injection, modules électroniques à semi-conducteurs de haute puissance, cellules solaires, lampes LED de haute puissance, climatiseurs, puces de réfrigération pour réfrigérateurs, systèmes ABS automobiles, etc.

PCB en nitrure de silicium

Depuis le 21e siècle, l'industrie des véhicules à énergie nouvelle a commencé à se développer rapidement. Le 2 novembre 2021, le "Plan de développement de l'industrie des véhicules à énergie nouvelle (2021-2035)" publié par le Conseil d'État de la Chine dans le Bureau général a provoqué des discussions animées. L'article disait : On estime qu'en 2025, le total des ventes mondiales de véhicules à énergie nouvelle représentera 30% du total des ventes de véhicules. Le développement des véhicules à énergie nouvelle a bénéficié de l'aide des plaques céramiques en nitrure de silicium. Le tableau ci-dessous compare les performances des PCB en céramique avec l'alumine et le nitrure d'aluminium.

PropriétésCéramiques en nitrure de silicium à haute conductivité thermiqueCéramiques à base de nitrure d'aluminiumCéramique d'alumine
Résistance à la flexion650~900MPa320~500MPa250~400MPa
Ténacité à la rupture6,5~7MPa-m1/23~5MPa-m1/23,8~4,5MPa-m1/2
Charge actuelleLargeMoyenPetit
Fiabilité5000 Cycles200 Cycles300 Cycles
Technologie de fabricationLe plus durDifficilePlus facile (faible-moyen)
CoûtHautHautFaible
Conductivité thermique90W/m-K100~210W/m-K22~35W/m-K
Résistance thermique0.201K/W(0.63mm) 00.197K/W(0.63mm)0.275K/W(0.63mm)
Charge actuelleLargeMoyenPetit
Nombre de cycles de température (-40~150℃) Épaisseur de l'électrode en cuivre conducteur (mm)
0.20.30.40.5
Substrat céramique en nitrure de silicium>5000>5000>5000>5000
Substrat céramique en nitrure d'aluminium300200  
Substrat en céramique d'alumine500300200100

Avantages des circuits imprimés en céramique au nitrure de silicium

  • Bien qu'il soit difficile de s'y lancer, ses matières premières sont abondantes
  • Excellentes propriétés physiques et chimiques, propriétés électriques et propriétés mécaniques.
  • Une conductivité thermique et une charge de courant élevées sont les conditions pour répondre aux exigences de dissipation thermique des composants semi-conducteurs de puissance de troisième génération
  • Il est plus fiable car le coefficient de dilatation thermique peut être adapté à la plupart des matériaux semi-conducteurs.
 

Te processus de fabrication de ce type de circuit imprimé en céramique est difficile, c'est pourquoi FS Technology peut fournir ce type de carte pour votre projet qui bénéficie des avantages suivants.

  • Fabrication de matières premières de haute pureté
  • Formé Fabrication de PCB le procédé et les recettes qui y sont adaptées
  • Équipement de frittage avancé et processus de frittage de première classe
  • Technologie de rectification de précision double face pour les substrats céramiques de grande taille

Comparaison du PCB en céramique avec d'autres matériaux

Si vous avez du mal à choisir un matériau de substrat pour votre projet, vous serez peut-être éclairé après avoir lu la comparaison entre le substrat céramique pour PCB et le FR-4.

Voici un résumé des avantages de l'utilisation de la céramique :

  • L'emballage hermétique et l'absorption d'eau 0% permettent de l'utiliser dans tout environnement humide.
  • La plaque céramique est de petite taille, simple dans sa structure, facile à modifier dans sa conception, et présente de grands avantages dans la production de masse.
  • Fonctionne jusqu'à 350 degrés Celsius
  • Conductivité thermique d'un matériau de substrat céramique proche du silicium utilisé dans l'industrie électronique
  • Même s'il fonctionne pendant une longue période, cela n'affectera pas trop sa durée de vie
  • Ces PCB haute fréquence assurent un bon fonctionnement pour les applications à haute fréquence
  • Les circuits imprimés en céramique n'utilisent aucun matériau organique et résistent aux rayons cosmiques.
  • Il peut être converti en une carte céramique avec quelques variations de la carte standard.

Circuit imprimé en céramique VS FR4

Voici une comparaison des cartes en céramique et des cartes en FR4 sur la base de différents paramètres.

  • Le CTE pour ces deux bandes dépend de l'utilisation des composants et des projets.
  • Le matériau du substrat en céramique a une bonne réponse pour les applications à haute fréquence, tandis que le PCB FR4 est modéré.
  • Le prix de la céramique est plus élevé que celui du FR-4, et le rapport coût/performance dépend des besoins du projet.
  • En raison de limitations techniques, la fabrication et l'utilisation des cartes en céramique sont plus difficiles que celles des cartes en FR4.
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