Scheda PCB in ceramica

Produzione di circuiti stampati in ceramica: combinazione di strati di rame con un substrato di materiali ceramici realizzati applicando un elevato valore di temperatura. I circuiti stampati in ceramica personalizzati di FS Technology possono fornire al vostro progetto prestazioni migliori rispetto ai materiali FR-4 e metallici.

Elenco dei PCB in ceramica

Che cos'è un PCB ceramico

Il circuito stampato in ceramica è un tipo di circuito lavorato con un processo speciale. Attualmente sono disponibili diverse tecniche per la produzione di circuiti stampati in ceramica, come la tecnologia LAM con metallizzazione laser ad attivazione rapida. I materiali di base ceramici utilizzati nei circuiti stampati ceramici sono composti da altre sostanze conduttive, come il nitruro di alluminio e l'ossido di berillio. Grazie alla forte connessione tra le piastre di ceramica e di rame, può funzionare in qualsiasi condizione in cui le altre piastre non funzionano. Come produttore di circuiti stampati in ceramica di alta qualità, Tecnologia FS può fornirvi i seguenti tipi di substrati:

Caratteristiche e vantaggi del PCB ceramico

FS Technology vi fornisce le caratteristiche dei diversi tipi di PCB ceramici

Allumina PCB

Il PCB in allumina è un tipo di PCB in ceramica, due concetti diversi dal PCB in alluminio. Il PCB in alluminio utilizza l'alluminio puro come substrato del circuito stampato e si limita ad aggiungere un sottile strato di rivestimento ceramico in allumina sul substrato di alluminio. Questo PCB ceramico mantiene le superiori proprietà di dissipazione termica della ceramica, sfruttando al contempo le proprietà meccaniche dell'IMS. I comuni circuiti stampati sono generalmente formati dall'incollaggio di fogli di rame e substrato. Questi circuiti stampati sono soggetti a deformazioni di vario grado a causa di fattori quali il surriscaldamento, i fattori chimici e la produzione impropria. I materiali ceramici in allumina sono stati continuamente migliorati e sviluppati e la loro capacità di dissipazione del calore, la capacità di trasporto della corrente, l'isolamento e il coefficiente di espansione termica sono migliori rispetto ai normali circuiti stampati. I parametri dei PCB in ceramica di allumina sono riportati nella tabella seguente:

Caratteristiche96% PCB in allumina99% PCB in allumina
Conduttività termica25W/(m-K)31,4W/(m-K)
Densità3,6 g/cm³3,9 g/cm³
Durezza1500HV1700HV
Deformazione≤0,3 mm≤0,2 mm
Rugosità superficiale (Ra)0,6-0,8μm0,6-0,8μm
Coefficiente di espansione termica [da 20°C a 300°C]6-7.5×10^(-6)°C8-10×10^(-6)°C
Tasso di assorbimento dell'acqua0%0%
Temperatura massima1400°C1600°C
Durezza alla frattura3-4Mpa m1/24Mpa m1/2
Tensione di tenuta18KV18KV
Resistività di volume//
Costante dielettrica [1MHz, 25°C]9.410
Temperatura di sinterizzazione1689°C1700°C
Resistenza agli shock termici200T°C220T°C
Parallelismo±0,4%±0,3%
Resistenza alla compressione25000Kgf/cm²30000Kgf/cm²
Resistenza alla flessione3000Kgf/cm²3500Kgf/cm²

Vantaggi dei PCB in ceramica di allumina

  • È un eccellente materiale isolante
  • I prototipi di PCB in ceramica sono meno costosi rispetto ad altri materiali con anima in metallo
  • Imballaggio ermetico per garantire l'assorbimento dell'acqua 0%
  • L'allumina fornisce una protezione contro l'usura e la corrosione.
  • Questo circuito stampato in ceramica consente un assemblaggio ad alta densità
  • Eccezionale conduttività termica e maggiore conduttività termica
  • La pellicola protettiva di allumina garantisce una normale resistenza meccanica del PCB ceramico.
  • Poiché è in grado di realizzare la struttura di un circuito multistrato, le dimensioni del pacchetto diventano più piccole.
  • Il coefficiente di espansione termica è vicino a quello del chip e non si deforma a causa delle variazioni di temperatura, evitando così il problema della dissaldatura del circuito.
 

Essendo il materiale ceramico più popolare per l'imballaggio multistrato, quasi tutti i fornitori possono produrlo per voi, è comunemente utilizzato in: Prodotti di illuminazione a LED, apparecchiature di comunicazione, celle solari, sistemi di frenatura, sistemi di iniezione, ecc.

Nitruro di alluminio (AlN) PCB

Anche se i laminati di rame rivestiti di ceramica a basso costo possono fornire al progetto buone proprietà meccaniche e un'elevata rigidità dielettrica, si tratta solo di una considerazione economica e non è soddisfacente per l'applicazione di progetti ad alta potenza. Il laminato di rame rivestito in ceramica a base di nitruro di alluminio può non solo eguagliare le sue proprietà isolanti e meccaniche, ma anche compensare i suoi difetti. La conducibilità termica di questo circuito stampato ceramico è 10 volte superiore a quella dei laminati di rame rivestiti in ceramica di allumina. FS Technology ritiene pertanto che il PCB ceramico al nitruro di alluminio diventerà il fulcro dei moduli integrati ad alta potenza, il futuro delle schede ceramiche. Di seguito viene presentata un'introduzione alle sue eccellenti proprietà:

CaratteristicheValore
Conduttività termica170-320W/(m-K)
Densità≥3,3g/cm³
Durezza Mohs8
Deformazione0,03-0,05 mm
Rugosità superficiale Ra0,3-0,5μm
Coefficiente di espansione termica [da 20°C a 300°C]4.6×10^-6°C
Assorbimento dell'acqua0%
Temperatura massima2500°C
Durezza alla frattura320-330MPa m1/2
Modulo elastico310-320GPa
Resistività di volume>10^13Ω-cm
Costante dielettrica [1MHz, 25°C]9
Perdita dielettrica [1MHz, 25°C]3.8×10ˆ-4
Rigidità dielettrica17KV/mm

Vantaggi dei PCB in ceramica AlN

  • È un PCB ceramico multifunzionale
  • La prima scelta per i progetti ad alta potenza
  • Acquistare all'ingrosso da FS Tech per un prezzo migliore
  • Questo substrato ha la migliore conduttività termica
  • Una combinazione di proprietà termiche di prim'ordine e bassa espansione
  • FS Tech lo considera un perfetto sostituto dei circuiti stampati esistenti.
  • Come altri PCB ceramici, è caratterizzato da rigidità, durata e 0% assorbimento d'acqua.

A causa del prezzo elevato di questo circuito ceramico, se ne consiglia l'uso in questi progetti: sistemi di iniezione, moduli elettronici a semiconduttore ad alta potenza, celle solari, luci LED ad alta potenza, condizionatori d'aria, chip di refrigerazione per frigoriferi, sistemi ABS per autoveicoli, ecc.

PCB al nitruro di silicio

Dal 21° secolo, l'industria dei veicoli a nuova energia ha iniziato a svilupparsi rapidamente. Il 2 novembre 2021, il "Piano di sviluppo dell'industria dei veicoli a energia nuova (2021-2035)" pubblicato dal Consiglio di Stato cinese nell'Ufficio generale ha suscitato accese discussioni. L'articolo diceva: Si stima che nel 2025 le vendite globali di veicoli a nuova energia rappresenteranno 30% delle vendite totali di veicoli. Lo sviluppo dei veicoli a nuova energia ha beneficiato dell'aiuto delle piastre ceramiche al nitruro di silicio. La tabella seguente confronta le prestazioni dei PCB ceramici con allumina e nitruro di alluminio.

ProprietàCeramica al nitruro di silicio ad alta conducibilità termicaCeramica al nitruro di alluminioCeramica di allumina
Resistenza alla flessione650~900MPa320~500MPa250~400MPa
Durezza alla frattura6,5~7MPa-m1/23~5MPa-m1/23,8~4,5MPa-m1/2
Carico attualeGrandeMedioPiccolo
Affidabilità5000 cicli200 cicli300 cicli
Tecnologia di produzioneIl più duroDifficilePiù facile (medio-basso)
CostoAltoAltoBasso
Conduttività termica90W/m-K100~210W/m-K22~35W/m-K
Resistenza termica0,201K/W (0,63 mm) 00,197K/W (0,63 mm)0,275K/W (0,63 mm)
Carico attualeGrandeMedioPiccolo
Numero di cicli di temperatura (-40~150℃) Spessore dell'elettrodo di rame conduttivo (mm)
0.20.30.40.5
Substrato ceramico in nitruro di silicio>5000>5000>5000>5000
Substrato ceramico al nitruro di alluminio300200  
Substrato ceramico in allumina500300200100

Vantaggi dei PCB ceramici al nitruro di silicio

  • Sebbene sia difficile da avviare, le materie prime sono abbondanti.
  • Eccellenti proprietà fisiche e chimiche, proprietà elettriche e proprietà meccaniche
  • L'elevata conducibilità termica e il carico di corrente sono le condizioni per soddisfare i requisiti di dissipazione del calore dei componenti a semiconduttore di potenza di terza generazione
  • È più affidabile perché il coefficiente di espansione termica può essere adattato alla maggior parte dei materiali semiconduttori.
 

Tl processo di produzione di questo tipo di PCB ceramico è difficile, per questo FS Technology è in grado di fornire questo tipo di scheda per il vostro progetto con i seguenti vantaggi.

  • Produzione di materie prime di elevata purezza
  • Formato Produzione di PCB processo e ricette ad esso adattate
  • Attrezzature di sinterizzazione avanzate e processo di sinterizzazione di prima classe
  • Tecnologia di rettifica di precisione su entrambi i lati per substrati ceramici di grandi dimensioni

Confronto tra PCB ceramico e altri materiali

Se state lottando per scegliere il materiale del substrato per il vostro progetto, potreste essere illuminati dopo aver letto il confronto tra il PCB con substrato ceramico e l'FR-4.

Ecco una sintesi dei vantaggi dell'uso della ceramica:

  • L'imballaggio ermetico e l'assorbimento d'acqua 0% lo rendono adatto a qualsiasi ambiente umido
  • La piastra ceramica è di piccole dimensioni, semplice nella struttura, facile da modificare nel design e presenta grandi vantaggi nella produzione di massa.
  • Funziona fino a 350 gradi Celsius
  • Conducibilità termica di un substrato ceramico più simile al silicio utilizzato nell'industria elettronica
  • Anche se funziona per molto tempo, la sua vita non ne risentirà troppo.
  • Questi PCB ad alta frequenza garantiscono un buon funzionamento per le applicazioni ad alta frequenza
  • I circuiti stampati in ceramica non utilizzano materiali organici e sono resistenti ai raggi cosmici.
  • Può essere convertito in una scheda in ceramica con qualche variazione della scheda standard

PCB ceramico VS FR4

Ecco un confronto tra i pannelli in ceramica e i pannelli FR4 sulla base di diversi parametri.

  • Il CTE per queste due fasce dipende dall'uso di componenti e progetti.
  • Il materiale del substrato ceramico ha una buona risposta per le applicazioni ad alta frequenza, mentre il PCB FR4 ha una risposta moderata.
  • Il prezzo della ceramica è superiore a quello dell'FR-4 e le prestazioni in termini di costi dipendono dalle esigenze del progetto.
  • A causa di limitazioni tecniche, la produzione e l'utilizzo di pannelli in ceramica sono più difficili rispetto a quelli in FR4.
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