Der Unterschied zwischen Keramik-Leiterplatten und herkömmlichen FR4-Leiterplatten
Bevor wir dieses Thema erörtern, sollten wir zunächst klären, was Keramik-Leiterplatten und was FR4-Leiterplatten sind.
Keramische Leiterplatten sind Leiterplatten, die aus keramischen Materialien gefertigt werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen glasfaserverstärkten Kunststoffsubstraten (FR-4) bieten sie dank ihrer Keramiksubstrate eine höhere Temperaturstabilität, bessere mechanische Festigkeit, verbesserte dielektrische Eigenschaften und eine längere Lebensdauer. Keramische Leiterplatten werden hauptsächlich in Hochtemperatur-, Hochfrequenz- und Hochleistungsschaltungen eingesetzt, beispielsweise in LED-Leuchten, Leistungsverstärkern, Halbleiterlasern, HF-Transceivern, Sensoren und Mikrowellengeräten.
Eine Leiterplatte (auch PCB oder gedruckte Leiterplatte genannt) ist ein Basismaterial für elektronische Bauteile. Sie dient als Träger für die Montage elektronischer Bauteile, indem metallische Leiterbahnen auf nichtleitende Substrate gedruckt und anschließend leitfähige Verbindungen durch Verfahren wie chemische Korrosion, elektrolytisches Verkupfen und Bohren hergestellt werden.
Nachfolgend ein Vergleich zwischen keramischen CCL und FR4 CCL, einschließlich ihrer Unterschiede, Vorteile und Nachteile.
| Eigenschaften | Keramik CCL | FR4 CCL |
| Materialkomponenten | Keramik | Glasfaserverstärktes Epoxidharz |
| Leitfähigkeit | N | UND |
| Wärmeleitfähigkeit (W/mK) | 10-210 | 0,25-0,35 |
| Dickenbereich | 0,1–3 mm | 0,1–5 mm |
| Verarbeitungsschwierigkeiten | Hoch | Niedrig |
| Herstellungskosten | Hoch | Niedrig |
| Vorteile | Gute Hochtemperaturstabilität, gute dielektrische Eigenschaften, hohe mechanische Festigkeit und lange Lebensdauer | Konventionelle Werkstoffe, niedrige Herstellungskosten, einfache Verarbeitung, geeignet für Niederfrequenzanwendungen |
| Nachteile | Hohe Herstellungskosten, schwierige Verarbeitung, nur geeignet für Hochfrequenz- oder Hochleistungsanwendungen | Instabile Dielektrizitätskonstante, große Temperaturschwankungen, geringe mechanische Festigkeit und Feuchtigkeitsempfindlichkeit |
| Prozesse | Derzeit gibt es fünf gängige Arten von keramischen Wärmedämmschichten, darunter HTCC, LTCC, DBC, DPC, LAM usw. | IC-Trägerplatine, Rigid-Flex-Platine, HDI-Platine mit vergrabenen/blinden Durchkontaktierungen, einseitige Platine, doppelseitige Platine, Mehrlagenplatine |
Keramik-Leiterplatte
Anwendungsgebiete verschiedener Materialien:
Aluminiumoxidkeramik (Al2O3): Sie besitzt ausgezeichnete Isolationseigenschaften, Hochtemperaturstabilität, Härte und mechanische Festigkeit und eignet sich daher für Hochleistungselektronik.
Aluminiumnitridkeramik (AlN): Dank ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit und guten thermischen Stabilität eignet sie sich für Hochleistungselektronik und LED-Beleuchtungsanwendungen.
Zirkonoxidkeramik (ZrO2): Dank ihrer hohen Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit eignet sie sich für elektrische Hochspannungsgeräte.
Anwendungsgebiete verschiedener Prozesse:
HTCC (Hochtemperatur-Co-gebrannte Keramik): Geeignet für Hochtemperatur- und Hochleistungsanwendungen wie Leistungselektronik, Luft- und Raumfahrt, Satellitenkommunikation, optische Kommunikation, Medizintechnik, Automobilelektronik, Petrochemie und weitere Branchen. Produktbeispiele sind Hochleistungs-LEDs, Leistungsverstärker, Induktivitäten, Sensoren, Energiespeicherkondensatoren usw.
LTCC (Niedertemperatur-Co-gebrannte Keramik): Geeignet für die Herstellung von Mikrowellenbauteilen wie HF-Modulen, Mikrowellen, Antennen, Sensoren, Filtern, Leistungsteilern usw. Darüber hinaus findet es Anwendung in der Medizintechnik, der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Kommunikationstechnik, der Elektronik und weiteren Bereichen. Produktbeispiele sind Mikrowellenmodule, Antennenmodule, Drucksensoren, Gassensoren, Beschleunigungssensoren, Mikrowellenfilter, Leistungsteiler usw.
DBC (Direct Bond Copper): Geeignet zur Wärmeableitung von Hochleistungshalbleiterbauelementen (wie IGBT, MOSFET, GaN, SiC usw.) mit exzellenter Wärmeleitfähigkeit und mechanischer Festigkeit. Anwendungsbeispiele sind Leistungsmodule, Leistungselektronik, Steuergeräte für Elektrofahrzeuge usw.
DPC (Direct Plate Copper Multilayer Printed Circuit Board): Wird hauptsächlich zur Wärmeableitung von Hochleistungs-LED-Leuchten eingesetzt und zeichnet sich durch hohe Intensität, hohe Wärmeleitfähigkeit und hohe elektrische Leistung aus. Produktbeispiele sind LED-Leuchten, UV-LEDs, COB-LEDs usw.
LAM (Laseraktivierte Metallisierung für hybride Keramik-Metall-Laminate): Dieses Verfahren eignet sich zur Wärmeableitung und Optimierung der elektrischen Eigenschaften in Hochleistungs-LED-Leuchten, Leistungsmodulen, Elektrofahrzeugen und weiteren Anwendungsbereichen. Beispiele für Produkte sind LED-Leuchten, Leistungsmodule, Motortreiber für Elektrofahrzeuge usw.
FR4-Leiterplatte
IC-Trägerplatinen, Rigid-Flex-Platinen und HDI-Platinen mit Blind-/Buried-Via-Durchkontaktierungen sind gängige Leiterplattentypen, die in verschiedenen Branchen und Produkten wie folgt eingesetzt werden:
IC-Trägerplatine: Sie ist eine gängige Leiterplatte, die hauptsächlich für Chiptests und die Chipfertigung in elektronischen Geräten eingesetzt wird. Typische Anwendungsgebiete sind die Halbleiterproduktion, die Elektronikfertigung, die Luft- und Raumfahrt, das Militär und weitere Bereiche.
Rigid-Flex-Leiterplatte: Es handelt sich um eine Verbundmaterialplatine, die flexible Leiterplatten (FPC) mit starren Leiterplatten kombiniert und somit die Vorteile beider Leiterplattentypen vereint. Typische Anwendungsbereiche sind Unterhaltungselektronik, Medizintechnik, Automobilelektronik, Luft- und Raumfahrt sowie weitere Branchen.
HDI-Leiterplatte (Blind-Via/Buried Via): Hierbei handelt es sich um eine Leiterplatte mit hoher Leitungsdichte, die durch eine höhere Leiterbahndichte und kleinere Öffnungen eine kompaktere Bauweise und höhere Leistung ermöglicht. Typische Anwendungsbereiche sind Mobilkommunikation, Computer, Unterhaltungselektronik und weitere.
