PCB en céramique
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Substrat céramique: Le meilleur choix pour les applications à haute fréquence

Les circuits imprimés en céramique, également appelés circuits imprimés à base de céramique, sont des circuits imprimés dont le substrat est en céramique et qui sont traités selon une série de procédures spéciales. Contrairement au matériau de substrat conventionnel FR4, les circuits imprimés en céramique présentent une résistance supérieure aux températures élevées, à l'usure et à la stabilité. Ils sont donc idéaux pour les applications à haute fréquence, à haute puissance et à haute fiabilité, telles que les systèmes radar, les antennes et les amplificateurs de puissance.

Actuellement, les fabricants peuvent fabriquer des PCB en céramique à l'aide de différentes technologies, notamment la métallurgie assistée par laser (LAM), l'impression à séchage thermique sensible à la pression (PTP), la technologie de co-cuisson sensible à la pression (LTCC) et la technologie de co-cuisson à haute température (HTCC), entre autres. Ces technologies ont des scénarios d'application variés et offrent une plus grande facilité de fabrication.

Les substrats céramiques sont généralement constitués de nitrure d'aluminium, d'oxyde de béryllium et d'autres substances conductrices. La forte connexion entre les substrats et la carte en cuivre permet à cette dernière de fonctionner dans des conditions où d'autres cartes ne le peuvent pas. FS Technology, l'un des principaux fabricants de fabricants de circuits imprimés en céramique en Chine, présentera dans cet article ses capacités de fabrication et fournira des informations relatives à la fabrication des circuits imprimés en céramique.

Capacités de fabrication de circuits imprimés en céramique

Pourquoi nous

Pas d'attente nécessaire: Bien que FS Technology n'offre pas de service de devis en ligne, nous vous contacterons rapidement dès réception de votre courriel pour comprendre vos besoins et vous fournir une assistance spécialisée.

Délai d'exécution rapide: Notre service standard de livraison juste à temps offre un délai d'exécution rapide, réduisant les commandes de prototypes et de faibles volumes de quelques semaines à quelques jours.

Service clé en main: Bien que nous autorisions la fabrication individuelle de circuits imprimés en céramique, nous sommes réputés pour notre savoir-faire en matière de fabrication de circuits imprimés. services PCBA clés en main.

Sécurisé: Vos informations sont stockées en toute sécurité sur notre serveur avec une connexion SSL sécurisée, et tous les paiements par carte de crédit sont traités par Stripe ou Paypal.

Notre service

Projets facultatifs: Il peut s'agir de la fabrication, du PCBA, production de prototypesLa production en petites séries et la production en grandes séries.

Matériaux de substrat: Il peut s'agir, entre autres, d'alumine, de nitrure d'aluminium, de nitrure de silicium, de zircone, de silicate et de carbure de silicium.

Méthodes de détection: Il peut s'agir, entre autres, de l'AOI, de la radiographie, de l'ICT, de la numérisation 3D et de l'essai de chaleur par effet Joule.

Soutien au processus: Il peut s'agir, entre autres, d'un soutien à la technologie de collage des couches intermédiaires des circuits imprimés, à la technologie de métallisation et à la technologie de connexion des circuits imprimés céramiques multicouches.

Contrôle de la qualité: Ceci est assuré par une technologie qualifiée, des processus normalisés, des équipements de pointe et des pratiques de gestion de la qualité.

Inspection AOI des circuits imprimés en céramique

Carte de circuits imprimés en céramique Exemple d'affichage

Technologie de fabrication des circuits imprimés multicouches en céramique

FS Technology est l'un des principaux fabricants de circuits imprimés en céramique, offrant une large gamme de technologies de fabrication de pointe. Notre expertise comprend le HTCC, le LTCC et les couches épaisses, ce qui fait de nous le choix idéal pour répondre à vos besoins en matière de circuits imprimés en céramique.

Circuits imprimés en céramique à couche épaisse

Les circuits imprimés céramiques à couche épaisse sont produits en imprimant une couche épaisse d'encre conductrice sur un substrat céramique à l'aide d'un procédé de sérigraphie, puis en le cuisant à une température inférieure à 1 000 °C. Le substrat est généralement constitué d'alumine ou de nitrure d'aluminium, tandis que l'encre conductrice est composée de poudres de métal et de verre.

Cette technologie est devenue populaire parmi les fabricants d'électronique en raison de sa capacité à répondre aux besoins de masse. Fabrication de PCB Bien que son utilisation puisse être limitée par le coût élevé de l'or et son potentiel à entraver la décantation de la pâte à braser.

Le processus de fabrication des circuits imprimés en céramique à couche épaisse comprend la préparation du substrat, l'impression, le séchage, la cuisson et la métallisation. Les couches épaisses sont imprimées sur des substrats céramiques à l'aide d'un procédé de sérigraphie, puis cuites à haute température pour créer une couche conductrice dense et durable. Après la cuisson, la métallisation est appliquée aux couches conductrices pour créer les connexions électriques nécessaires. Il est essentiel de cuire ces les types de circuits imprimés dans l'azote afin d'éviter l'oxydation du cuivre et la défaillance des circuits imprimés. En outre, les pâtes diélectriques sont produites dans l'azote pour créer des structures d'interconnexion multicouches complexes.

Circuit imprimé en céramique cuite à basse température (LTCC)

Les circuits imprimés en céramique co-cuite à basse température (LTCC) sont des substrats céramiques produits par l'assemblage de plusieurs feuilles de céramique/verre/organique (vertes) à couche unique, qui sont ensuite perforées pour former des trous et sérigraphiées avec des pâtes conductrices, diélectriques et résistives pour créer des éléments de circuit. Ces couches sont ensuite découpées et cuites à haute température pour former un substrat robuste doté de propriétés diélectriques exceptionnelles, d'un faible coefficient de dilatation thermique et d'une excellente conductivité thermique. Des dispositifs actifs et de montage en surface peuvent ensuite être montés sur la pile d'émetteurs pour compléter le circuit électronique multicouche.

Les circuits imprimés LTCC sont bien adaptés aux conditions environnementales extrêmes et sont particulièrement utiles dans les applications nécessitant une densité fonctionnelle élevée et une fiabilité exceptionnelle. Ils sont fréquemment utilisés dans les télécommunications, la défense et d'autres domaines. De nombreuses entreprises technologiques préfèrent les substrats LTCC en raison de leur haute densité, de leur grande fiabilité et de leurs caractéristiques de circuits imprimés à grande vitesse. Par exemple, aux États-Unis, la Don Company a utilisé un substrat multicouche cofritté à basse température à 8 couches dans le circuit d'essai du missile Stinger. Au Japon, Fujitsu utilise des substrats céramiques co-cuits à basse température à 61 couches pour fabriquer des modules multi-puces pour les superordinateurs de la série VP2000, tandis que NEC produit des substrats multicouches co-cuits à basse température à 78 couches d'une surface de 225*225 mm2, comportant 11540 bornes d'E/S et pouvant accueillir jusqu'à 100 puces VLSI.

Circuit imprimé en céramique cuite à haute température (HTCC)

Les substrats en céramique co-cuite à haute température (HTCC) sont des céramiques coulées en oxyde d'aluminium qui contiennent du tungstène, du molybdène et du molybdène/manganèse. Ces matériaux constituent une pâte de résistance chauffante métallique à point de fusion élevé, qui est ensuite imprimée sur des corps verts en alumine 92-96%, suivie de la stratification d'adjuvants de frittage 4-8% en plusieurs couches. Ils sont ensuite co-cuits à des températures de 1500-1600°C, ce qui leur confère d'excellentes propriétés telles que la résistance aux hautes températures, la résistance à la corrosion, une longue durée de vie, l'efficacité énergétique, une distribution uniforme de la température et une conductivité thermique élevée.

Le processus de production des substrats céramiques HTCC est relativement complexe et comprend plusieurs étapes telles que la préparation de la poudre, le moulage, le tranchage, le poinçonnage, l'impression des électrodes, la stratification, le pressage isostatique, la découpe, le frittage et le placage.

Les circuits imprimés de base HTCC conviennent à une variété d'applications telles que les chauffages céramiques, les instruments de physiothérapie à infrarouge, les circuits de micro-assemblage à haute puissance et les industries d'emballage électronique. Ils sont très appréciés pour l'interconnexion de circuits de précision en raison de leur conductivité thermique élevée, de leur forte isolation et de leur grande résistance mécanique, toutes obtenues par cuisson dans un environnement à haute température supérieure à 1 500 °C.

Substrat céramique optionnel PCB

Comme vous le savez peut-être déjà, FS Technology est un fournisseur chinois de circuits imprimés en céramique qui propose des prix compétitifs. Ces circuits imprimés conviennent à un large éventail d'applications, notamment l'électronique automobile, l'équipement médical et les appareils de communication. Cependant, il peut être difficile de déterminer quels matériaux seront les plus performants pour vos besoins spécifiques. Pour vous aider à prendre une décision éclairée, nous vous donnons quelques conseils ci-dessous. Bien entendu, vous pouvez également nous contacter directement pour connaître nos tarifs et obtenir de plus amples informations.

PCB en céramique d'alumine

Également connu sous le nom de PCB d'alumine (Al2O3), il est souvent confondu à tort avec le PCB d'aluminium. PCB en aluminiumbien qu'il s'agisse de deux concepts distincts. Le circuit imprimé en alumine est constitué d'aluminium pur, recouvert d'une fine couche de céramique d'alumine. Ce revêtement permet au circuit imprimé de bénéficier des propriétés mécaniques d'un substrat métallique isolé (IMS), tout en conservant les excellentes performances thermiques des céramiques.

Les circuits imprimés classiques sont formés par le collage d'une feuille de cuivre sur un substrat, qui est susceptible de se déformer en raison de divers facteurs tels que la surchauffe, les facteurs chimiques et une production inadéquate. En revanche, les matériaux céramiques à base d'alumine sont constamment améliorés et développés pour offrir une meilleure capacité de dissipation de la chaleur, une meilleure capacité de transport du courant, une meilleure isolation et un meilleur coefficient de dilatation thermique que les circuits imprimés ordinaires. En tant que matériau céramique le plus populaire pour l'encapsulation multicouche, presque tous les fournisseurs peuvent le fournir, ce qui rend ce circuit imprimé à base de céramique hautement recommandé pour des applications telles que les produits d'éclairage LED, les équipements de communication, les cellules solaires, les systèmes de freinage et les systèmes de jets d'eau.

Caractéristiques des circuits imprimés à base de céramique d'alumine

  • Les circuits imprimés en céramique d'alumine sont plus économiques que les autres matériaux métalliques et constituent un excellent matériau isolant.
  • Il se caractérise par un emballage hermétique qui garantit l'absorption de l'eau 0%, tandis que l'utilisation d'alumine assure une protection contre l'usure et la corrosion.
  • Ce type de circuit imprimé permet un assemblage à haute densité, avec une conductivité thermique exceptionnelle et une conductivité thermique plus élevée.
  • Le film protecteur d'alumine garantit que le circuit imprimé en céramique conserve une résistance mécanique normale.
  • Comme il peut réaliser une structure de carte de circuit imprimé multicouche, la taille de son boîtier devient plus petite.
  • Le coefficient de dilatation thermique des circuits imprimés à noyau céramique est similaire à celui de la puce, ce qui évite le problème du dessoudage des circuits dû aux variations de la différence de température.

Tableau des performances des substrats en céramique d'alumine

Caractéristiques96% PCB en alumine99% PCB en alumine
Conductivité thermique24-30 W/mK 
Coefficient de dilatation thermique (CTE)6-7.5×10^(-6)°C8-10×10^(-6)°C
Constante diélectrique [1MHz, 25°C]9.410
Rigidité diélectrique15-20 kV/mm20-25 kV/mm
Résistivité volumique>10^14 ohm-cm>10^15 ohm-cm
Rugosité de la surface (Ra)0,6-0,8μm0,6-0,8μm
Température de fonctionnement maximale 1500°C 1800°C
Température de frittage1689°C1700°C
Densité3,6g/cm³3,9g/cm³
Dureté1500HV1700HV
Warping≤0.3mm≤0.2mm
Taux d'absorption d'eau0%0%
Température maximale1400°C1600°C
Ténacité à la rupture3-4Mpa m1/24Mpa m1/2
Tension d'utilisation18KV18KV
Résistance aux chocs thermiques200T°C220T°C
Parallélisme±0,4%±0,3%
Résistance à la compression25000Kgf/cm²30000Kgf/cm²
Résistance à la flexion3000Kgf/cm²3500Kgf/cm²

PCB en céramique de nitrure d'aluminium (AlN )

Bien que les stratifiés bon marché à base de céramique d'alumine et de cuivre (CCL) présentent des propriétés mécaniques supérieures et une résistance diélectrique élevée, ils peuvent ne pas convenir à des projets de grande puissance. Les PCB AlN sont un type de PCB en céramique qui utilise le nitrure d'aluminium comme substrat. Comme l'alumine, les circuits imprimés en AlN offrent une conductivité thermique élevée, une excellente isolation électrique et une résistance aux températures élevées, ce qui les rend adaptés aux applications à haute puissance et à haute température. Le CCL céramique AlN, quant à lui, ne se contente pas d'offrir l'isolation et les propriétés mécaniques du CCL céramique alumine, mais présente également une conductivité thermique supérieure, dix fois supérieure à celle des stratifiés à base de céramique d'alumine. Par conséquent, FS Technology pense que les circuits imprimés en céramique au nitrure d'aluminium deviendront la technologie de base pour les modules intégrés de haute puissance et qu'ils représenteront l'avenir des circuits imprimés en céramique. Toutefois, ce type de circuit imprimé est relativement coûteux par rapport aux autres matériaux céramiques ; il est donc recommandé de l'utiliser dans des projets haut de gamme qui requièrent ses propriétés uniques. Ces applications comprennent les modules semi-conducteurs électroniques de haute puissance, les systèmes d'injection, les cellules solaires, l'éclairage LED de haute puissance, les systèmes de climatisation, les puces de réfrigération pour les réfrigérateurs, les systèmes ABS pour l'automobile, etc.

Caractéristiques des circuits imprimés en céramique AlN

  • Les circuits imprimés en AlN sont des circuits imprimés à noyau céramique multifonctionnels qui présentent une résistance aux températures élevées, une forte dissipation de la chaleur, une rigidité diélectrique élevée et une faible constante diélectrique. Ces propriétés en font un choix idéal pour les projets électroniques de grande puissance et conviennent à une large gamme d'applications électroniques.
  • Les clients peuvent acheter ce PCB en vrac auprès de FS Tech à des prix plus avantageux.
  • Les circuits imprimés AIN ont la meilleure conductivité thermique et combinent une performance thermique de premier ordre avec une faible dilatation. FS Tech estime qu'il s'agit du remplacement parfait des circuits imprimés traditionnels.
  • Comme les autres circuits imprimés à base de céramique, il se caractérise par son excellente rigidité, sa durabilité et son absorption de l'eau.

Tableau des propriétés des panneaux céramiques en nitrure d'aluminium (AlN)

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

Circuit imprimé en céramique au nitrure de silicium

Depuis le début du 21e siècle, l'industrie automobile des nouvelles énergies se développe rapidement. Le 2 novembre 2021, le Bureau général du Conseil d'État a publié le "Plan de développement de l'industrie des véhicules à énergie nouvelle (2021-2035)", qui a suscité de vives discussions. L'article indique que d'ici 2025, on estime que les ventes totales de véhicules à énergie nouvelle dans le monde représenteront 30% des ventes totales de véhicules. Ce développement des véhicules à énergie nouvelle bénéficie de l'aide des circuits imprimés céramiques en nitrure de silicium.

Les circuits imprimés en nitrure de silicium, également connus sous le nom de circuits imprimés Si3N4, sont des circuits céramiques avancés qui présentent des performances supérieures à celles des circuits imprimés traditionnels. Cela fait des circuits imprimés Si3N4 un choix idéal pour les environnements à haute température, à haute puissance et difficiles.

Caractéristiques des circuits imprimés en céramique de nitrure de silicium

  • Bien que la production de PCB en céramique à base de nitrure de silicium présente des difficultés, l'abondance des matières premières permet de fabriquer des produits de haute qualité en utilisant des matières premières de grande pureté.
  • Ces circuits imprimés répondent aux exigences d'une conductivité thermique et d'une charge de courant élevées, qui sont essentielles pour la dissipation de la chaleur dans les composants semi-conducteurs de puissance de troisième génération.
  • Ils possèdent également d'excellentes propriétés physiques et chimiques, ainsi que des propriétés électriques et mécaniques.
  • Pour fabriquer des circuits imprimés en nitrure de silicium, les fabricants ont besoin d'un matériau moulé. Processus de fabrication des PCB et une recette pour l'accompagner. 
  • En outre, des équipements de frittage avancés et un processus de frittage de premier ordre sont nécessaires.
  • Enfin, la technologie de meulage de précision double face est utilisée pour les circuits imprimés en céramique de grande taille.

Feuille de propriétés des circuits imprimés en céramique de nitrure de silicium

AttributValeur
Conductivité thermique100-200 W/m-K
Coefficient de dilatation thermique (CTE)3,0-3,5 ppm/°C
Constante diélectrique [1MHz, 25°C]8.0-8.5
Rigidité diélectrique200-300 kV/mm
Résistivité volumique>10^14 Ω-cm
Rugosité de la surface (Ra)<0,1 μm
Température de fonctionnement maximale1000-1200°C
Température de frittage1800-1900°C
Densité3,2-3,3 g/cm^3
Dureté1400-1600 HV
Warping<0,01%
Taux d'absorption d'eau<0,01%
Température maximale1800-1900°C
Ténacité à la rupture6-7 MPa-m^1/2
Tension d'utilisation>15 kV/mm
Résistance aux chocs thermiques400-500°C
Parallélisme<0,01 mm
Résistance à la compression>2000 MPa
Résistance à la flexion>300 MPa

PCB en alumine vs PCB en nitrure d'aluminium vs PCB en nitrure de silicium

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
Carte céramique en nitrure de silicium>5000>5000>5000>5000
Carte en céramique à base de nitrure d'aluminium300200  
Panneau de céramique d'alumine500300200100

Comparaison entre les PCB à noyau céramique et les autres PCB

Bien que les circuits imprimés à noyau céramique constituent une excellente option pour les applications de pointe, les fabricants d'électronique les évitent souvent en raison de leur prix élevé. Toutefois, le prix est relatif et nous allons comparer plusieurs cartes afin de vous dissuader de négliger les circuits imprimés en céramique fabriqués par des entreprises chinoises.

Caractéristiques des circuits imprimés multicouches en céramique

  • L'emballage est scellé avec l'absorption d'eau 0%, ce qui permet de l'utiliser dans n'importe quel environnement humide ;
  • Le produit est de petite taille, sa structure est simple et il est facile d'en modifier la conception, ce qui présente de grands avantages pour la production de masse ;
  • Il peut fonctionner à une température élevée allant jusqu'à 350 degrés Celsius ;
  • La conductivité thermique du matériau céramique pour circuits imprimés est similaire à celle du silicium dans l'industrie électronique, ce qui le rend particulièrement adapté aux applications nécessitant une forte dissipation de la chaleur ;
  • Sa durée de vie n'est pas affectée de manière significative, même en cas d'utilisation prolongée ;
  • Il offre d'excellentes performances pour les applications à haute fréquence et convient aux circuits à micro-ondes et à radiofréquences ;
  • Le produit n'utilise pas de matériaux organiques et résiste aux rayons cosmiques.

Céramique VS FR4 PCB

  • Le coefficient de dilatation thermique (CTE) de ces deux bandes dépend de l'utilisation de leurs composants et matériaux.
  • Les substrats en céramique ont une réponse fantastique aux applications à haute fréquence, tandis que les circuits imprimés en FR4 ont une réponse modérée. Le FR4 étant moins cher, il peut être utilisé dans un plus grand nombre d'applications.
  • Le prix des circuits imprimés à base de céramique est beaucoup plus élevé que celui du FR-4, et la rentabilité de chacun dépend du projet spécifique.
  • Le processus de fabrication de PCB FR4 est plus simple, ce qui le rend plus couramment utilisé dans les produits électroniques.
  • Le cycle de fabrication d'un prototype de circuit imprimé en céramique est généralement plus long (10 à 15 jours).
  • Il existe une différence significative de conductivité thermique et d'isolation entre les deux, où le FR4 est désavantagé.

Céramique VS PTFE PCB

  • Les plaques en céramique sont composées de matériaux tels que l'alumine, le nitrure d'aluminium ou l'oxyde de béryllium, tandis que le PTFE est fabriqué à partir d'un plastique spécial appelé polytétrafluoroéthylène.
  • Bien que les deux types présentent une bonne conductivité thermique et une bonne dissipation de la chaleur, l'efficacité de la dissipation de la chaleur des PCB en PTFE peut ne pas suffire pour les applications qui génèrent des niveaux de chaleur extrêmement élevés.
  • Les deux types peuvent être utilisés pour les applications à haute fréquence, mais les matériaux en PTFE ne sont pas recommandés pour les applications à haute puissance.
  • Dans l'électronique automobile, les substrats céramiques sont couramment utilisés dans les compartiments moteur, tandis que les circuits imprimés en PTFE sont utilisés dans les systèmes de sécurité et la technologie radar.

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