1. 세라믹 회로기판을 사용하는 이유
일반 PCB는 일반적으로 구리 호일과 기판 접합으로 만들어지며 기판 재료는 대부분 유리 섬유(FR-4), 페놀 수지(FR-3) 및 기타 재료이며 접착제는 일반적으로 페놀, 에폭시 등입니다. PCB 가공 과정에서 열 응력, 화학적 요인, 부적절한 생산 공정 및 기타 이유로 인해 또는 설계 과정에서 구리 양면의 비대칭으로 인해 PCB 보드의 변형 정도가 다를 수 있습니다.
PCB 트위스트
또 다른 PCB 기판인 세라믹 기판은 방열 성능, 전류 전달 용량, 절연성, 열팽창 계수 등의 측면에서 일반 유리 섬유 PCB 기판보다 훨씬 뛰어나므로 고전력 전력 전자 모듈, 항공 우주, 군용 전자 제품 및 기타 제품에 널리 사용됩니다.
세라믹 기판
일반 PCB는 접착성 구리 호일과 기판 접합을 사용하지만, 세라믹 PCB는 고온 환경에서 구리 호일과 세라믹 기판을 조각으로 접합하는 방식을 통해 강력한 결합력으로 구리 호일이 떨어지지 않으며, 높은 신뢰성과 고온, 고습 환경에서 안정적인 성능을 발휘합니다.
2. 세라믹 기판의 주요 소재
알루미나(Al2O3)
알루미나는 세라믹 기판에 가장 널리 사용되는 기판 소재입니다. 대부분의 다른 산화물 세라믹에 비해 기계적, 열적, 전기적 특성이 우수하고, 강도와 화학적 안정성이 높으며, 풍부한 원료를 보유하고 있어 다양한 기술 및 형상 제조에 적합합니다. 알루미나(Al₂O₃) 함량에 따라 75%는 자기(porcelain), 96%는 자기(porcelain), 99%는 자기(porcelain)로 구분할 수 있습니다. 알루미나의 전기적 특성은 알루미나 함량에 따라 거의 영향을 받지 않지만, 기계적 특성과 열전도도는 크게 변합니다. 순도가 낮은 기판은 유리질 함량이 높고 표면 거칠기가 큽니다. 기판의 순도가 높을수록 매끄럽고 치밀하며, 중간 손실은 적지만 가격이 높습니다.
산화베릴륨(BeO)
금속 알루미늄보다 열전도도가 높아 높은 열전도도가 요구되는 곳에 사용됩니다. 온도가 300℃를 초과하면 열전도도가 급격히 감소하지만, 독성으로 인해 개발에 제약이 따릅니다.
질화알루미늄(AlN)
질화알루미늄 세라믹은 질화알루미늄 분말을 주요 결정상으로 하는 세라믹입니다. 알루미나 세라믹 기판과 비교하여 절연 저항, 절연 내전압, 유전율이 우수합니다. 열전도도는 Al₂O₃의 7~10배이며, 열팽창 계수(CTE)는 실리콘 칩과 거의 일치하여 고전력 반도체 칩에 매우 중요합니다. AlN의 열전도도는 제조 공정에서 잔류 산소 불순물 함량에 크게 영향을 받으며, 산소 함량을 줄임으로써 열전도도를 크게 향상시킬 수 있습니다. 현재 이 공정의 열전도도는
위의 이유에 근거하여, 알루미나 세라믹은 종합적인 성능이 뛰어나 마이크로 전자공학, 전력 전자공학, 혼합 마이크로 전자공학 및 전력 모듈 분야에서 선두적인 위치를 차지하고 있다는 것을 알 수 있습니다.
동일 사이즈(100mm×100mm×1mm)의 시장과 비교했을 때, 세라믹 기판의 다양한 소재 가격은 96% 알루미나 9.5위안, 99% 알루미나 18위안, 질화알루미늄 150위안, 산화베릴륨 650위안으로, 기판 간 가격 차이도 비교적 큰 것을 알 수 있다.
3. 세라믹 PCB의 장단점
장점
- 대용량 전류 전달 용량, 1mm 두께 0.3mm 구리 본체를 통해 100A 전류 연속 공급, 온도 상승 약 17℃
- 2mm x 0.3mm 두께의 구리 본체에 100A 전류를 지속적으로 흘릴 경우 온도 상승은 약 5℃에 불과합니다.
- 방열 성능이 우수하고, 열팽창 계수가 낮으며, 모양이 안정적이며, 뒤틀리기 쉽지 않습니다.
- 우수한 절연성과 높은 내전압성을 갖춰 개인과 장비의 안전을 보장합니다.
단점
가장 큰 단점 중 하나는 취약성으로 인해 작은 보드만 만들 수 있다는 것입니다.
가격이 비싸고, 전자제품에 대한 요구 사항이 점점 더 많아지고 있으며, 세라믹 회로기판은 일부 고급 제품에만 사용되고, 저가 제품에는 전혀 사용되지 않습니다.
4. 세라믹 PCB의 사용
가. 고전력 전자모듈, 태양광 패널 모듈 등
- 고주파 스위칭 전원 공급 장치, 솔리드 스테이트 릴레이
- 자동차 전자, 항공우주, 군용 전자
- 고출력 LED 조명 제품
- 통신 안테나