Placa de PCB cerâmico

Fabrico de PCBs cerâmicos: combinação de camadas de cobre com um substrato de materiais cerâmicos, feita através da aplicação de um elevado valor de temperatura. As placas de circuito cerâmico personalizadas da Tecnologia FS podem proporcionar ao seu projecto um melhor desempenho do que FR-4 e materiais metálicos.

Directório de PCBs cerâmicos

O que é um PCB cerâmico

A placa de circuito impresso cerâmico é um tipo de placa de circuito processado por um processo especial. Actualmente estão disponíveis várias técnicas diferentes para produzir placas de cerâmica, tais como a tecnologia LAM com metalização de activação rápida por laser. Existem materiais de base cerâmica utilizados em PCB cerâmico com outras substâncias condutoras, tais como nitreto de alumínio, e óxido de berílio. Graças à forte ligação entre as placas cerâmicas e de cobre, pode funcionar em qualquer condição em que as outras placas não funcionem. Como fabricante de pcb de cerâmica de alta qualidade, Tecnologia FS pode fornecer-lhe os seguintes tipos de substratos:

Características e vantagens do PCB cerâmico

A Tecnologia FS fornece-lhe as características de diferentes tipos de PCB cerâmicos

PCB de alumina

O PCB de alumina é um tipo de PCB cerâmico, que é dois conceitos diferentes do PCB de alumínio. A PCB de alumínio utiliza alumínio puro como substrato da placa de circuito, e apenas acrescenta uma fina camada de revestimento cerâmico de alumina ao substrato de alumínio. Este PCB cerâmico mantém as propriedades superiores de dissipação térmica da cerâmica, ao mesmo tempo que tira partido das propriedades mecânicas do IMS. As placas de circuito comum são geralmente formadas pela colagem de folha de cobre e substrato. Estas placas de PCB são propensas a empenar em graus variáveis devido a factores tais como sobreaquecimento, factores químicos e produção imprópria. Os materiais cerâmicos de alumina têm sido continuamente melhorados e desenvolvidos, e a sua capacidade de dissipação de calor, capacidade de transporte de corrente, isolamento e coeficiente de expansão térmica são melhores do que as placas de circuitos comuns. Os parâmetros de PCB cerâmicos de alumina são apresentados na tabela seguinte:

Características96% PCB de alumina99% PCB de alumina
Condutibilidade térmica25W/(m-K)31.4W/(m-K)
Densidade3,6g/cm³3,9g/cm³
Dureza1500HV1700HV
Empenos≤0.3mm≤0.2mm
Rugosidade Superficial (Ra)0.6-0.8μm0.6-0.8μm
Coeficiente de Expansão Térmica [20°C a 300°C]6-7.5×10^(-6)°C8-10×10^(-6)°C
Taxa de Absorção de Água0%0%
Temperatura máxima1400°C1600°C
Resistência à fractura3-4Mpa m1/24Mpa m1/2
Suportar Tensão18KV18KV
Resistividade de volume//
Constante Dieléctrica [1MHz, 25°C]9.410
Temperatura de Sinterização1689°C1700°C
Resistência ao Choque Térmico200T°C220T°C
Paralelismo±0.4%±0.3%
Força compressiva25000Kgf/cm²30000Kgf/cm²
Resistência à flexão3000Kgf/cm²3500Kgf/cm²

Vantagens dos PCB cerâmicos de alumina

  • É um excelente material isolante
  • Os protótipos de PCB cerâmicos são mais baratos em comparação com outros materiais com núcleo metálico
  • Embalagem hermética para garantir 0% de absorção de água
  • A alumina fornece-lhe protecção contra o desgaste e a corrosão
  • Esta placa de circuito cerâmico permite uma montagem de alta densidade
  • Excelente condutibilidade térmica e maior condutibilidade térmica
  • A película protectora de alumina assegura que o PCB cerâmico tem uma resistência mecânica normal
  • Como pode realizar uma estrutura de placas de circuitos multi-camadas, o seu tamanho de embalagem torna-se menor
  • O coeficiente de expansão térmica é próximo do do chip, e não será deformado devido a alterações na diferença de temperatura, o que pode evitar o problema de dessoldagem do circuito
 

Sendo o material cerâmico mais popular para embalagens multicamadas, quase qualquer fornecedor pode fabricá-lo para si, é normalmente utilizado em: Produtos de iluminação LED, equipamento de comunicação, células solares, sistemas de travagem, sistemas de injecção, etc.

PCB de nitreto de alumínio (AlN)

Embora os laminados cerâmicos baratos à base de alumina revestidos de cobre possam fornecer ao seu projecto boas propriedades mecânicas e elevada resistência dieléctrica, esta é apenas uma consideração económica, e não é satisfatória na aplicação de projectos de alta potência. O nitreto de alumínio laminado cerâmico à base de cobre revestido pode não só corresponder às suas propriedades de isolamento e propriedades mecânicas, mas também compensar os seus defeitos. A condutividade térmica desta placa de circuito impresso de cerâmica é 10 vezes superior à dos laminados de cobre revestidos de alumina à base de cerâmica. Portanto, a FS Technology acredita que o PCB cerâmico de nitreto de alumínio tornar-se-á a chave principal dos módulos integrados de alta potência, o futuro das placas de cerâmica. O que se segue é uma introdução às suas excelentes propriedades:

CaracterísticasValor
Condutibilidade térmica170-320W/(m-K)
Densidade≥3.3g/cm³
Dureza de Mohs8
Empenos0.03-0.05mm
Roughness Ra da Superfície0.3-0.5μm
Coeficiente de Expansão Térmica [20°C a 300°C]4.6×10^-6°C
Absorção de água0%
Temperatura máxima2500°C
Resistência à fractura320-330MPa m1/2
Módulos Elásticos310-320GPa
Resistividade de volume>10^13Ω-cm
Constante Dieléctrica [1MHz, 25°C]9
Perda dieléctrica [1MHz, 25°C]3.8×10ˆ-4
Resistência dieléctrica17KV/mm

Vantagens dos PCBs AlN Cerâmicos

  • É um PCB cerâmico multifuncional
  • Primeira escolha para projectos de alta potência
  • Comprar a granel da FS Tech por um preço melhor
  • Este substrato tem a melhor condutividade térmica
  • Uma combinação das melhores propriedades térmicas da classe e baixa expansão
  • A FS Tech considera-o um substituto perfeito para as placas de circuito impresso existentes.
  • Como outros PCB cerâmicos, caracteriza-se pela rigidez, durabilidade e absorção de água 0%

Devido ao elevado preço desta placa de circuito cerâmico, recomenda-se a sua utilização nestes projectos: sistemas de injecção, módulos semicondutores electrónicos de alta potência, células solares, luzes LED de alta potência, ar condicionado, chips de refrigeração para frigoríficos, sistemas ABS para automóveis, etc.

PCB de nitreto de silício

Desde o século XXI, a nova indústria de veículos de energia começou a desenvolver-se rapidamente. A 2 de Novembro de 2021, o "New Energy Vehicle Industry Development Plan (2021-2035)", emitido pelo Conselho de Estado da China no Gabinete Geral, provocou discussões acaloradas. O artigo dizia: Estima-se que em 2025, as vendas globais totais de veículos de energia nova representarão 30% do total de vendas de veículos. O desenvolvimento de veículos para novas energias beneficiou da ajuda de placas cerâmicas de nitreto de silício. A tabela abaixo compara o desempenho dos PCB cerâmicos com alumina e nitreto de alumínio.

ImóveisCerâmica de nitreto de silício de alta condutividade térmicaCerâmica de Nitreto de AlumínioCerâmica de alumina
Força Flexural650~900MPa320~500MPa250~400MPa
Resistência à fractura6,5~7MPa-m1/23~5MPa-m1/23,8~4,5MPa-m1/2
Carga actualGrandeMédioPequeno
Fiabilidade5000 Ciclos200 Ciclos300 Ciclos
Tecnologia de fabricoMais difícilDifícilMais fácil (Baixo-Medio)
CustoAltoAltoBaixo
Condutibilidade térmica90W/m-K100~210W/m-K22~35W/m-K
Resistência Térmica0,201K/W(0,63mm) 00,197K/W(0,63mm)0,275K/W(0,63mm)
Carga actualGrandeMédioPequeno
Número de ciclos de temperatura (-40~150℃) Espessura do eléctrodo condutor de cobre (mm)
0.20.30.40.5
Substrato cerâmico de nitreto de silício>5000>5000>5000>5000
Substrato Cerâmico de Nitreto de Alumínio300200  
Substrato cerâmico de alumina500300200100

Vantagens dos PCB cerâmicos de nitreto de silício

  • Embora seja difícil de começar, as suas matérias-primas são abundantes
  • Excelentes propriedades físicas e químicas, propriedades eléctricas e propriedades mecânicas
  • Alta condutividade térmica e carga de corrente são as condições para satisfazer os requisitos de dissipação de calor dos componentes semicondutores de potência de terceira geração
  • É mais fiável porque o coeficiente de expansão térmica pode ser combinado com a maioria dos materiais semicondutores
 

Tprocesso de fabrico deste tipo de PCB cerâmico é difícil, a razão pela qual a FS Technology pode fornecer este tipo de placa para o seu projecto beneficia das seguintes vantagens.

  • Fabrico de matérias-primas de alta pureza
  • Formado fabrico de PCB processo e receitas adaptadas a ele
  • Equipamento avançado de sinterização e processo de sinterização de primeira classe
  • Tecnologia de moagem de precisão em dupla face para substratos cerâmicos de grandes dimensões

Comparação do PCB cerâmico com outros materiais

Se estiver a lutar para escolher um material de substrato para o seu projecto, poderá ser esclarecido após a leitura da comparação entre o PCB de substrato cerâmico e o FR-4.

Aqui está um resumo das vantagens da utilização da cerâmica:

  • A embalagem hermética e a absorção de água 0% tornam-na adequada para qualquer ambiente húmido
  • A placa cerâmica é pequena no tamanho, simples na estrutura, fácil de modificar o desenho, e tem grandes vantagens na produção em massa
  • Trabalha até 350 graus Celsius
  • Condutividade térmica do material de substrato cerâmico mais próximo do silício utilizado na indústria electrónica
  • Mesmo que funcione durante muito tempo, não afectará demasiado a sua vida
  • Estes PCB de alta frequência proporcionar um bom funcionamento para aplicações de alta frequência
  • Os painéis PCB cerâmicos não utilizam materiais orgânicos e são resistentes aos raios cósmicos
  • Pode ser convertido em placa de cerâmica com alguma variação da placa padrão

PCB cerâmico VS FR4

Aqui está uma comparação de placas de cerâmica e placas FR4, com base em parâmetros diferentes.

  • O CTE para estas duas bandas está dependente da utilização de componentes e projectos
  • O material de substrato cerâmico tem boa resposta para aplicações de alta frequência, enquanto o PCB FR4 é moderado
  • O preço da cerâmica é mais elevado que o do FR-4, e o desempenho dos custos depende das necessidades do projecto
  • Devido a limitações técnicas, o fabrico e utilização de painéis cerâmicos é mais difícil do que o dos painéis FR4
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