Ceramic PCB prezentuje bardziej zdecydowaną przewagę konkurencyjną nad swoimi odpowiednikami w świecie produkcji PCB. Jeśli planujesz używać płytki drukowanej w warunkach wysokiego ciśnienia, izolacji i temperatury oraz w maszynach o małej objętości, płytki ceramiczne powinny znaleźć się na szczycie Twojej listy PCB.

Ceramiczne PCB wykazują super przewodność cieplną i niski współczynnik rozszerzalności (CTE). Dodatkowo są one bardzo uniwersalne, mniej skomplikowane i zapewniają lepszą wydajność w porównaniu do standardowych płytek PCB.

Czy chcesz dowiedzieć się więcej o ceramicznych płytkach drukowanych i jak mogą one pozytywnie wpłynąć na ogólną wydajność systemu Twojej firmy? Ten artykuł zawiera wszystko, co musisz wiedzieć o ceramicznych płytkach PCB, od klasyfikacji, przez właściwości, po zastosowania.

Witamy w ostatecznym przewodniku dostosowywania ceramicznych płytek drukowanych.

1. Co to jest ceramiczna płytka drukowana?

Ceramiczna płytka drukowana zawiera termoprzewodzącą pozostałość ceramiczną i spoiwo. Pierwszą kwestią, o której należy pamiętać, jest przygotowanie przenikania ciepła, organicznych płytek ceramicznych, przy przenoszeniu ciepła na poziomie od 9 do 20W/m. Mając to na uwadze, możemy zdefiniować ceramiczną płytkę PCB jako płytkę zawierającą ceramiczne materiały bazowe.

Materiały te są dobrymi przewodnikami ciepła, jak tlenek glinu czy azotek glinu. Pamiętaj, że powinieneś użyć materiałów o wysokiej przewodności cieplnej, aby uzyskać natychmiastowe efekty poprzez odprowadzenie ciepła z gorących punktów i rozproszenie go na całej powierzchni.

Oprócz materiałów bazowych o wysokiej przewodności, należy produkować ceramiczne płytki PCB przy użyciu techniki LAM - strategii ekspresowej galwanizacji laserowej. Chociaż ceramiczne płytki PCB są bardzo wszechstronne, wymagają mniej skomplikowanej produkcji przy zachowaniu zaawansowanej wydajności.

Pamiętaj, aby wydrukować ścieżki przewodzące w ceramicznych płytkach bazowych, aby podnieść aspekt wydajności Twojej płytki. Ceramika, której użyjesz tutaj, nie jest zwykłą ceramiką używaną na podłogach; zamiast tego jest to szczególny rodzaj materiału znany jako "drobna ceramika".

1.1 Rodzaje ceramicznych płytek drukowanych

Alumina- można ją również nazwać A1203 lub metalową płytą podstawową. Jest to rodzaj płyty o dielektrycznych właściwościach termicznych i elektrycznie izolowanych komponentach pomiędzy podłożami aluminiowymi i miedzianymi. Najlepiej byłoby użyć płyt ceramicznych Alumina do celów odprowadzania ciepła i ogólnego utrzymania i regulacji temperatury.

Zespoły Alumina składają się z trzech podstawowych warstw:

Pierwszą z nich jest warstwa obwodu zawierająca miedź o szerokości około 1-10 oz.

Po drugie, jest warstwa izolacyjna składająca się z podłoża termoprzewodzącego i elektrycznie izolującego.

Trzecia warstwa składa się z materiału miedziano aluminiowego.

AIN- można go również nazwać azotkiem glinu. AIN jest nowoczesnym komercyjnym materiałem ceramicznym. Zawiera elementy, które są powtarzalne i regulowane przez ostatnie 20 lat. AIN jest doskonałą alternatywą dla tlenku glinu ze względu na swoje zdolności dielektryczne, mniejszy współczynnik rozszerzalności cieplnej i dźwiękową transmisję cieplną. Poza tym nie reaguje z większością chemikaliów stosowanych przy produkcji półprzewodników.

Możesz użyć płyt AIN w radiatorach, mikrofalówkach, maszynach do obróbki stopionego metalu, podłożach pakietów elektronicznych, izolatorach i innych.

2. Dlaczego ceramiczne PCB jest tak popularne?

2.1 Wysoka rozszerzalność cieplna

Pierwszym powodem, dla którego płyty ceramiczne są tak popularne w branży elektronicznej, jest ich doskonały współczynnik rozszerzalności cieplnej. Warto zauważyć, że przenoszenie ciepła na bazie ceramiki prawie pasuje do krzemu i może być używane jako materiał łączący Można też myśleć o tym jako o izolatorze Dlatego nawet w niekorzystnych warunkach można maksymalnie wykorzystać wydajność cieplną płyty ceramicznej

2.2 Stabilność

Zastosowanie ceramiki zapewnia stabilną pojemność medium, która umożliwia zmianę równowagi na częściową utratę częstotliwości radiowej w celu zwiększenia mocy urządzenia Mimo że powierzchnia jest twarda, ceramika ma wewnętrzną odporność na erozję chemiczną Wytrzymałość chemiczna ceramiki może zostać przekształcona w wytrzymałość na płyn i wilgoć

2.3 Wielofunkcjonalność

Istnieje możliwość utworzenia kilku przypadków użycia w celu zintegrowania wysokiej rozszerzalności cieplnej metalowej płyty rdzeniowej Można również użyć technologii spiekania, aby przekształcić rdzeń metalowy w niezawodny przewodnik Dlatego zastosowanie ceramicznej płytki drukowanej jest korzystne, ponieważ jej temperatura przetwarzania jest wysoka

2.4 Odporność

Proces produkcji płyt ceramicznych tworzy trwałość dzięki unikatowym właściwościom, takim jak wytrzymałość Zapobiega to zużyciu płytek drukowanych Więc można się upewnić, że nie zmienisz PCB szybko, ponieważ starzeje się bardzo wolno Ponadto wysoka odporność cieplna ceramicznej płytki drukowanej spowalnia proces rozkładu

2.5 Zgodność

Na koniec, metalowy rdzeń może służyć jako niezginający nośnik zapewniający sztywność mechaniczną Ta właściwość ułatwia używanie ceramicznych płyt drukowanych w dowolnym stanie materialnym, ponieważ jest odporna na korozję i zużycie w normalnym stanie

3.  Kategoria PCB ceramiki

3.1 Płyta drukowana ceramiczna (HTCC) o wysokiej temperaturze

Istnieje możliwość wytworzenia wysokiej temperatury współspalania koron poprzez mieszanie tlenku glinu, plastyfikatorów, smarów i rozpuszczalników Następnie może być pomocne, jeśli przeprowadzisz formowanie toczne, pokrycie zasłony i śledzenie obwodów na powierzchniach materiałów odpornych na ogień, takich jak wolfram Następnie cięcie i laminowanie płyty drukowanej, umieszczenie jej w piecu o wysokiej temperaturze 16000C-17000C, wypieczenie przez 32-48 godzin

Należy pamiętać o pieczeniu w zminimalizowanych gazach, takich jak wodór, aby uniknąć tlenku wolframu i molibdenu

Płytki ceramiczne wytwarzane w wysokiej temperaturze mogą być wykorzystywane w małych obwodach PCB i nośników Te metody nie mogą być używane w przypadku dużych płyt drukowanych, ponieważ ich skurcz, wypaczenie i względne podrysy powierzchni są niskie

3.2 Płyta prądowa ceramiczna (LTCC) o niskiej temperaturze

Istnieje możliwość wytworzenia wiązań PCB LTCC poprzez mieszanie szkła kryształowego, szkła kompozytowego i materiałów niezwiązanych ze szkłem Więc, jeśli użyjesz wysokiej przewodności złota do generowania cienkich arkuszy i śledzenia obwodów

LTCC stworzyło metalowy kanał do śledzenia obwodów Poza tym można wprowadzić zmiany w płycie drukowanej, wklejając grubą membranę Ponadto można zwiększyć dokładność produktu i możliwość skurczu płytek drukowanych

Można powtórzyć twoją ceramiczną podłogę, wydrukować grubą warstwę złota Jednak powinniście piec te warstwy w temperaturze poniżej 1000 stopni Celsjusza Chociaż ta strategia produkcji jest idealna do produkcji wielkoskalowych tablic ceramicznych, jej wykorzystanie jest ograniczone ze względu na wysoką cenę złota

Można również utworzyć wielowarstwową, wysoce skoncentrowaną płytę drukowaną z miedzią Jest to najczęściej używana płyta drukowana w produkcji PCB

Pamiętaj, żeby wypiec ceramiczną płytę w azocie, aby zapobiec utlenianiu miedzi Ponadto, środek dielektryczny wytwarzany z azotu jest podstawowym składnikiem tej technologii

4. Właściwości ceramiczne PCB

W przeciwieństwie do standardowych płyt zawierających płyty wykonane z włókien szklanych epoksydowych, polistyrenu i innych materiałów, płyty ceramiczne mają unikalne właściwości, które wyróżniają si2 Te właściwości to między innymi

Ceramiczna płyta drukowana jest dobrym przewodnikiem cieplnym

Chemia nie wkrótce zniszczy ceramicznych płyt drukowanych

Ceramiczne płytki drukowane mają wyjątkową zgodność z wytrzymałością mechaniczną

Płyty ceramiczne są łatwe do obrysowywania o dużej gęstości

W końcu ich elementy CTA są zgodne

5. Ceramic PCB-Ceramika i FR4

Jeśli chcesz korzystać z PCB, masz dwie opcje: standardową płytę FR4 lub PCB (MCPCB) Ceramiczna płyta drukowana jest metalową płytą rdzeniową, która może być użyta w złych warunkach Mają wyjątkową przewagę w porównaniu z płytami FR4

Dzięki zastosowaniu miniaturyzacji i wynalezieniu najnowocześniejszych technologii elektronicznych projektanci nie doceniają już korzyści płyt FR4 w przypadkach wysokiej mocy i inteligentnych zastosowań Technologia laserowa używana w systemie LAM jest bardzo zgodna z wysoką gęstością montażu i dokładnością PCB

Jedną z istotnych różnic między płytą FR4 a płytą ceramiczną jest ich zdolność przenoszenia ciepła Płyty FR4 mają bardzo niską przepustowość ciepła w porównaniu z ceramicznymi płytami drukowanymi Z metalicznego punktu widzenia, wydajność cieplna tlenku glinu jest 20 razy lepsza niż w przypadku FR4 Ponadto wydajność przenoszenia ciepła azotku aluminium i węglika krzemu jest 100 razy lepsza niż w przypadku FR4

Płytki drukowane FR4 z wysokimi wymaganiami cieplnymi często przekazują ciepło bardziej efektywnie za pomocą metalowych części, co zapewnia niską przepustowość cieplną Metalowa konstrukcja, taka jak kanały gorące, platformy termiczne i chłodzenie, służąca do chłodzenia powierzchni Jednak ceramiczne płytki drukowane rzadko wymagają tych struktur, ponieważ skutecznie przekazują ciepło do platform chłodzenia, urządzeń chłodzących i opakowań urządzeń

Ważne jest również, aby zwrócić uwagę, że ciepłe dobre przewodniki są również dobrymi przewodnikami elektrycznymi Jednak ceramika narusza tę zasadę, ponieważ ma niską przewodność elektryczną, dzięki czemu mogą być dobrze stosowane do płyt drukowanych Można jednak zmienić ich przewodność poprzez domieszkowanie, domieszkowanie jest procesem produkcji oporu ceramicznego

Ceramiczne płytki drukowane mają również inne właściwości, które są szczególnie ważne w wielowarstwowych płytkach drukowanych Wysoka wydajność przenoszenia ciepła zapobiega powstawaniu punktów aktywnych na powierzchniach i częściach wewnętrznych, ponieważ ceramika rozkłada ciepło równomiernie na całej płycie Zamiast tego płyty FR4 przewodzą ciepło z punktu środkowego płyty drukowanej za pomocą metalowej konstrukcji i urządzeń chłodzących

Wielowarstwowa płyta drukowana polega na przejściu do wewnętrznej części obwodu Ponieważ miedź i FR4 mają różne współczynniki rozszerzalności cieplnej, właściwości FR4 są zbyt kruche i łatwo pękają podczas przewodzenia ciepła

Przewodność cieplna tych płyt drukowanych powoduje naprężenie w całym otworze i w punkcie umieszczenia Przydaje się, jeśli taka powierzchnia zostanie specjalnie zaprojektowana w celu uniknięcia awarii otworu przelotowego

Współczynnik rozszerzalności cieplnej ceramicznej PCB odpowiada wartości struktury przewodnika Pozwala to zminimalizować naprężenie na tych powierzchniach podczas przewodzenia ciepła Doskonały transfer ciepła całej płytki drukowanej zapewnia równomierną rozszerzalność cieplną

Ogólnie rzecz biorąc, ceramika ma dobrą wytrzymałość mechaniczną i może wytrzymać wysoką masę automatyczną, taką jak silne wibracje i uderzenia Ich młode formy są niższe niż FR4, co oznacza, że FR4 jest bardziej odkształcony w podobnych okolicznościach

6. Zastosowanie ceramicznych płyt drukowanych

Inżynierowie i projektanci używają płyt ceramicznych zamiast standardowych płyt drukowanych, ponieważ mają wysoką przewodność cieplną, minimalną CTE, wysoką odporność chemiczną i niską stałą dielektryczną

6.1 Ceramic PCB-Szablon pamięci

Jednym z głównych zastosowań płyt ceramicznych jest moduł pamięci Płyty główne zawierają obwody ze zintegrowaną pamięcią, które można wykorzystać do produkcji pamięci DDR SDRAM i innych urządzeń elektronicznych opartych na pamięci Pamięć RAM (Random Access Memory) komputera używa ceramicznej płyty drukowanej, która łączy moduł pamięci

6.2 Ceramic PCB-Szablon transferu

Ceramiczne płytki drukowane ułatwiają technologię radarową Amerykanie byli pierwszymi ludźmi, którzy używali płyt ceramicznych w producentach modułów transmisyjnych Ta technologia jest obecnie powszechnie używana Wykorzystuje wielowarstwowe płyty ceramiczne, ponieważ mają dobrą przewodność cieplną i kompatybilność z CTE

6.3 Ceramic PCB-Wielowarstwowe połączenia

Jedną z głównych zalet płyt ceramicznych jest ich pojemność większa niż standardowa płyta drukowana Innymi słowy, w tej samej powierzchni panele ceramiczne mogą pomieścić więcej podzespołów niż zwykłe płyty drukowane Z tego powodu panele ceramiczne mają większy potencjał

Wiele firm komputerowych wykorzystuje obwody ceramiczne niskotemperaturowe (LTCC) do produkcji ważniejszych symulacji i płyt śledzących wysokie obwody Firmy te używają obecnie systemów LTCCs do tworzenia lekkich obwodów, które minimalizują całkowitą wagę komputerów osobistych i ograniczają zakłócenia przesłuchań

6.5 Ceramic PCB-Panele słoneczne

Można wykorzystać nadprzewodniki wysokotemperaturowe i niskotemperaturowe do tworzenia paneli słonecznych i innych paneli fotowoltaicznych Te urządzenia wykorzystują wielowarstwową ceramiczną technologię PCB w celu zapewnienia trwałości i wystarczającej ilości ciepła

6.6 Ceramic PCB-Przekaźnik elektryczny

Bezprzewodowe urządzenia do przesyłania i ładowania zasilania stają się coraz bardziej popularnymi podstawowymi produktami elektronicznymi Te małe rzeczy można tworzyć z płyt ceramicznych, ponieważ posiadają unikalne komponenty ciepła i możliwości przenoszenia ciepła

Można użyć ceramicznego PCB do generowania pola elektromagnetycznego, które przekazuje energię z odbiornika do nadajnika Jeśli masz także cewkę indukcyjną, która przesyła elektryczność w polu elektromagnetycznym i przekształca ją w elektryczność, obwód odbiornika może z łatwością korzystać Większość tych obwodów składa się z płyt ceramicznych

Ceramic PCB-Chłodnica półprzewodnikowa 6.7

W miarę wprowadzania małych urządzeń coraz więcej elementów elektronicznych zmniejsza się Chipy półprzewodnikowe, które są mniejsze od roku, ułatwiają miniaturyzację składników

Dzięki mikroprocesorom można lepiej zintegrować się z większą prędkością, jednocześnie zachowując maksymalną możliwość śledzenia

Standardowa płyta drukowana nie obsługuje dużej pojemności obwodu wymaganej przez obecny chip półprzewodnikowy Jednak wynalazek ceramicznych obwodów półprzewodnikowych przyczynia się do większej integracji i możliwości produkcji małych obwodów Dlatego uważamy płyty ceramiczne za przyszłość przemysłu półprzewodnikowego

6.8 Ceramic PCB-Ledd o wysokiej mocy

Płyty ceramiczne zapewniają największą ilość podłoża dla świateł LED o dużej mocy Obwody ceramiczne wykorzystują strategię gęstej membrany, aby zwiększyć wydajność W związku z tym ciepło diody LED nie wpływa na wydajność obwodu

Dlatego tylko obwody ceramiczne zapewniają wydajność cieplną potrzebną do oświetlenia LED diody LED korzystające z obwodów ceramicznych nie wymagają elementów interfejsu termicznego, co pozwala zminimalizować potrzebne części do generowania i utrzymywania światła LED

7. Ceramiczna płyta drukowana (PCB) -Oszustwo

Podczas produkcji ceramicznej płytki drukowanej można użyć srebra lub złota pasty przewodzącej do połączenia wzdłuż podrysu na wszystkich warstwach Jeśli umieścisz te podłoże na każdej warstwie przy użyciu technologii drukowania jedwabiu warstwa po warstwie, będzie to pomocne Poza tym pomogłoby, gdybyś wykrawał Vias w obrębie niewypalonych warstw.

Po wydrukowaniu i ułożeniu warstw ceramicznych, należy wypalić cały stos w piecu. Pamiętaj, aby używać temperatury wypalania poniżej 10000C, aby dopasować ją do temperatury spiekania podłoży.

Proces wypalania w minimalnej temperaturze ułatwia zastosowanie w płytach ceramicznych podłoży metalowych, a konkretnie złota i srebra.

Wysoki stopień wypalenia i spiekania płyt wielowarstwowych pozwoli na wkomponowanie elementów pasywnych bezpośrednio w bardziej zagłębioną sekcję płyty ceramicznej.

Jest to jednak niemożliwe w płytach FR4. Gorące wypalanie i spiekanie pozwoli na regulację gęstości montażu wewnętrznych powierzchni.

Wniosek

Wraz z wynalezieniem technologii chipowej w świecie elektroniki, tradycyjne PCB zintegrowane z organicznymi podłożami bazowymi ewoluują w kierunku super gęstości, dobrej precyzji i niezawodności. Ceramiczne płytki drukowane są nową rasą PCB, która zyskuje popularność w przestrzeni elektronicznej ze względu na swoje unikalne właściwości.

Ceramiczne płytki PCB oferują kilka korzyści w porównaniu do standardowych płytek. Ze względu na doskonałą przewodność cieplną i niski współczynnik rozszerzalności (CTE), ceramiczne płytki PCB są bardzo wszechstronne, mniej skomplikowane i zapewniają lepszą wydajność niż tradycyjne płytki. Inżynierowie uważają te PCB za idealne rozwiązanie dla celów miniaturyzacji najnowocześniejszych urządzeń elektronicznych.

2. Co należy wziąć pod uwagę w procesie montażu PCB dla elementów elektronicznych?

W montażu PCB, trzeba wziąć pod uwagę typy PCB. Typ PCB w tym Single-layer PCB, Double-layer PCB, itp. Następnie materiały, takie jak materiał bazowy, materiały dielektryczne, podłoże Fr-4, warstwa dielektryczna itp. Poza tym trzeba potwierdzić układ płyty, umieścić komponent elektroniczny, rozmiar płyty, kontrola impedancji itp. Również technologia montażu powierzchniowego, jak BGA, lub kolor maski lutowniczej. Wreszcie, sprawdzić wszystkie Circuit Board Parts, że trzeba do sprzętu elektronicznego.

Aby uzyskać więcej szczegółów, zapraszamy do kontaktu z naszym zespołem technicznym.