Fordeler, ulemper og bruksområder for keramiske kretskort/keramisk PCB

Keramiske PCB-er , også kjent som keramiske substrater, er PCB-er laget av keramiske materialer som alumina, aluminiumnitrid, berylliumoksid og silisiumnitrid som bærende substrat. Keramiske PCB-er er fundamentalt forskjellige fra vanlige FR-4-substrater, og er mer tilbøyelige til å brukes i høyteknologisk elektronikk og industri. Denne artikkelen gir en omfattende oversikt over keramiske PCB-er.

1. Kjernefordeler

1) Utmerket varmeavledning: Dette er den viktigste fordelen med keramiske PCB-er. Varmeledningsevnen til keramiske materialer (spesielt aluminiumnitrid, AlN) er mye høyere enn andre tradisjonelle substrater, det gir rask varmeavledning, reduserer arbeidstemperaturen til enkelte komponenter og forbedrer pålitelighet og ytelse betydelig.

2) Matching av termisk ekspansjonskoeffisient med brikker: Mange høyeffekts halvlederbrikker (som GaN, SiC) bruker silisium eller silisiumkarbid som substrat. Den termiske ekspansjonskoeffisienten til keramikk (spesielt AlN) er svært lik disse materialenes. Under drastiske temperaturendringer kan det redusere spenningen mellom brikken og substratet, forhindre sprekkdannelser i loddeforbindelsen, forbedre produktets levetid og termisk syklingsmotstand.

3) Utmerkede egenskaper:

● Høy motstand mot isolasjon og høyspenningsgjennomslag, egnet for høyspenningsapplikasjoner.

● Lav dielektrisk konstant og dielektrisk tap, noe som resulterer i lavt signaloverføringstap og lav forsinkelse ved høye frekvenser (RF/mikrobølgeovn), stabil ytelse.

4) Høy mekanisk styrke og stabilitet: Keramiske materialer er harde, tette, slitesterke, korrosjonsbestandige og ikke-deformerbare, og gir pålitelig stabilitet i tøffe mekaniske og kjemiske miljøer.

5) Høy hermetisk tetthet: Keramikken i seg selv er lufttett og fuktighetsbestandig, og gir utmerket beskyttelse for interne kretser og brikker, og er egnet for hermetisk forseglede pakker med pålitelighet.

6) Egnet for montering med høy tetthet: Gjennom tynnfilm- eller tykkfilmprosesser kan svært små kretser trykkes på keramiske underlag, noe som oppnår sammenkobling med høy tetthet.

2. Ulemper

1) Høye kostnader: Kostnaden for keramiske materialer, prosesseringsutstyr (som laserboring og høytemperatursintring) og kompleksiteten i prosessteknologien er langt høyere enn for vanlige PCB-er, noe som resulterer i en svært høy enhetspris.

2) Høy sprøhet og skjørhet: Dette er en iboende egenskap ved keramiske materialer. De er utsatt for å brekke under mekanisk kraft, bøying eller ujevn belastning, så det må utvises stor forsiktighet under transport og montering.

3) Begrenset størrelse: På grunn av sintringsprosessen er store keramiske substrater mer utsatt for deformering og sprekker under produksjonsprosessen, og dermed er størrelsen mindre og vanskelig å produsere i større størrelse som vanlige PCB-er.

4) Vanskelig å produsere:

● Boring: På grunn av keramikkens høye hardhet må gjennomgående hull vanligvis bores med laser, noe som er kostbart, tregt og har en høyere defektrate.

● Umulig for modifikasjoner etter behandling: Når det er sintret, kan ikke kretsene modifiseres som vanlige PCB-er.

3. Anvendelser (anvendelse av fordelaktige egenskaper) 

Keramisk PCB brukes hovedsakelig i felt med høye krav til ytelse, pålitelighet og varmeavledning:

1) Høyeffektselektronikk og bilelektronikk:

● IGBT-moduler, SiC/GaN-strømforsyninger: elektriske omformere for nye energikjøretøyer, strømladere.

● Industrielle frekvensomformere, avbruddsfrie strømforsyninger for UPS og strømmoduler i høyspent kraftoverføring (HVDC).

2) Høylysstyrke-LED-er og halvlederbelysning: LED-pakkesubstrater, spesielt høyeffekts COB-pakker. Utmerket varmespredning er avgjørende for LED-lysutbytte, levetid og lysforringelse.

3) RF/mikrobølgeovn og halvlederpakking:

● RF-effektforsterkere i 5G/6G-kommunikasjonsbasestasjoner, mikrobølge- og millimeterbølgeenheter og fasede antenner.

● Mikrobølgeintegrerte kretser og satellittkommunikasjonsutstyr.

● Chippakking og substrater for flerchipsmoduler.

4) Luftfart og militær: Radarsystemer, elektronisk mottiltaksutstyr og missilstyringssystemer. Disse krever motstand mot ekstreme temperaturendringer, høy vibrasjon og sterke sjokkmiljøer.

5) Lasere og optoelektroniske enheter: Kjøleribber og kretsbærere for høyeffekts halvlederlasere, som sikrer stabil laserutgang.

6) Sensorer og høytemperaturelektronikk: Høytemperaturtrykksensorer, akselerometre og andre MEMS-enheter, ettersom keramikk i seg selv tåler høytemperaturmiljøer.

4. Sammenligning av ulike typer keramiske substrater

Oppsummert

Keramiske PCB-er er produsert og dedikert til å møte spesialiserte krav. Materialegenskapene deres bestemmer at de er utmerkede for varmespredning, stabilitet og pålitelighet, men den komplekse produksjonsprosessen resulterer også i høye kostnader. Som stabile og pålitelige PCB-er for elektroniske enheter i ekstreme arbeidsforhold og miljøer, er de mye bedre enn tradisjonelle PCB-er, og brukes til moderne høyytelses elektroniske systemer, høyere effekt, høyere frekvens, mindre størrelse og stor pålitelighet.

Benlida har spesialisert seg på PCB-produksjon i 14 år, og har fokusert på kvalitet, kontinuerlig oppgradert prosessene og levert kundeorientert service, med kvalitet som prioritet fremfor alt. Hvis du trenger keramiske PCB-er, kan du kontakte Benlida for å vite mer!