1. Зачем использовать керамические печатные платы
Обычная печатная плата обычно изготавливается из медной фольги и склеивания подложки, а материал подложки в основном изготавливается из стекловолокна (FR-4), фенольной смолы (FR-3) и других материалов, адгезив обычно бывает фенольным, эпоксидным и т. д. В процессе обработки печатной платы из-за термического напряжения, химических факторов, неправильного производственного процесса и других причин, или в процессе проектирования из-за двух сторон асимметрии меди, это легко может привести к разной степени коробления печатной платы.
Скручивание печатной платы
И еще одна подложка печатной платы – керамическая подложка, благодаря своим показателям рассеивания тепла, пропускной способности по току, изоляции, коэффициенту теплового расширения и т. д., она намного лучше обычной стекловолоконной печатной платы, поэтому она широко используется в модулях силовой электроники высокой мощности, аэрокосмической, военной электронике и других изделиях.
Керамические подложки
В обычной печатной плате используется клейкая медная фольга и подложка, а керамическая печатная плата находится в условиях высоких температур. Благодаря соединению медной фольги и керамической подложки, медная фольга прочно соединена, не отваливается, обеспечивается высокая надежность и стабильная работа в условиях высоких температур и влажности.
2. Основной материал керамической подложки
Глинозем (Al2O3)
Оксид алюминия является наиболее часто используемым материалом для керамических подложек благодаря своим механическим, термическим и электрическим свойствам, которые он превосходит по сравнению с большинством других оксидных керамик, высокой прочности и химической стабильности, а также богатому источнику сырья, пригодному для различных технологий производства и различных форм. В зависимости от процентного содержания оксида алюминия (Al₂O₂) оксид алюминия подразделяется на 75-, 96- и 99,5-процентный фарфор. Электрические свойства оксида алюминия практически не зависят от содержания оксида алюминия, но его механические свойства и теплопроводность значительно изменяются. Подложка с низкой чистотой имеет больше стекла и большую шероховатость поверхности. Чем выше чистота подложки, тем она более гладкая, компактная, средние потери ниже, но и цена выше.
Оксид бериллия (BeO)
Он обладает более высокой теплопроводностью, чем металлический алюминий, и используется там, где требуется высокая теплопроводность. Теплопроводность быстро снижается при температуре выше 300°C, но его применение ограничено его токсичностью.
Нитрид алюминия (AlN)
Керамика из нитрида алюминия – это керамика, в которой основной кристаллической фазой является порошок нитрида алюминия. По сравнению с алюмооксидной керамикой, она обладает более высоким сопротивлением изоляции, выдерживает более высокое напряжение и имеет более низкую диэлектрическую проницаемость. Её теплопроводность в 7–10 раз выше, чем у Al2O3, а коэффициент теплового расширения (КТР) приблизительно соответствует коэффициенту теплового расширения кремниевой пластины, что очень важно для высокопроизводительных полупроводниковых кристаллов. В процессе производства на теплопроводность нитрида алюминия существенно влияет содержание остаточных примесей кислорода, и её можно значительно повысить, уменьшив содержание кислорода. В настоящее время теплопроводность этого процесса…
На основании вышеизложенного можно сказать, что алюмооксидная керамика занимает лидирующие позиции в области микроэлектроники, силовой электроники, смешанной микроэлектроники и силовых модулей благодаря своим превосходным комплексным характеристикам.
Если сравнить цены на керамические подложки из разных материалов (96% оксида алюминия – 9,5 юаней, 99% оксида алюминия – 18 юаней, нитрид алюминия – 150 юаней, оксид бериллия – 650 юаней) с аналогичными рыночными ценами (100 мм × 100 мм × 1 мм), то можно заметить, что разница в цене между различными подложками также относительно велика.
3. Преимущества и недостатки керамических печатных плат
Преимущества
- Большая токовая нагрузка, ток 100 А непрерывно проходит через медный корпус толщиной 1 мм и 0,3 мм, повышение температуры около 17 ℃
- Повышение температуры составляет всего около 5℃, когда ток 100А непрерывно проходит через медный корпус толщиной 2 мм и 0,3 мм.
- Лучшая теплоотдача, низкий коэффициент теплового расширения, стабильная форма, не поддается деформации.
- Хорошая изоляция, высокая устойчивость к напряжению, гарантирующая безопасность людей и оборудования.
Недостатки
Одним из главных недостатков является хрупкость, из-за чего изготавливают только доски небольшого размера.
Цена высокая, требований к электронным продуктам становится все больше, керамические печатные платы используются в некоторых более дорогих продуктах, продукты низкого класса не будут использоваться вообще.
4. Использование керамической печатной платы
а. Мощный электронный модуль, модуль солнечной панели и т. д.
- Высокочастотный импульсный источник питания, твердотельное реле
- Автомобильная электроника, аэрокосмическая промышленность, военная электроника
- Высокомощные светодиодные осветительные приборы
- Антенна связи