PCB de cerámica

Los materiales comunes incluyen óxido de aluminio (Al₂O₃, pureza del 60%-96%), nitruro de aluminio (AlN) y óxido de berilio (BeO, reemplazado gradualmente debido a su toxicidad). El óxido de aluminio al 96% representa más del 60% de las aplicaciones.

Al₂O₃ (96%) es aproximadamente 25 W/m・K, AlN alcanza 170-230 W/m・K y el óxido de berilio (BeO) es aproximadamente 250 W/m・K.

Óxido de aluminio (6-7 ppm/°C), nitruro de aluminio (4,5 ppm/°C), mucho más bajo que 18-22 ppm/°C del FR4.

A temperatura ambiente, la resistencia de aislamiento de los sustratos de Al₂O₃ es >10¹⁴Ω, y la de los sustratos de AlN es >10¹³Ω.

La constante dieléctrica del óxido de aluminio al 96% es de aproximadamente 9,8 (1 MHz), y la del AlN es de aproximadamente 8,5 (1 MHz).

Temperatura de funcionamiento: -55℃~300℃, puede soportar altas temperaturas a corto plazo superiores a 800℃.

La dureza de Mohs es de 6-9, el óxido de aluminio (96%) alcanza el nivel 7, con alta dificultad de procesamiento.

Al₂O₃ (96%) es aproximadamente 3,85 g/cm³ y AlN es aproximadamente 3,26 g/cm³.

Baja pérdida dieléctrica (tanδ＜0,002), pequeño retardo de transmisión de señal.

Tasa de absorción de agua

Proceso de película gruesa (serigrafía), proceso de película fina (pulverización/evaporación), proceso de co-combustión (HTCC/LTCC), etc.

La temperatura de sinterización de HTCC es de 1500-1600 ℃, la de LTCC es de 850-900 ℃; LTCC puede integrar componentes pasivos con un mayor costo.

El proceso de película delgada puede lograr un ancho/espaciado de línea de 10 μm/10 μm, y el proceso de película gruesa es de aproximadamente 100 μm/100 μm.

El diámetro mínimo del orificio para la perforación láser es de 50 μm y para la perforación mecánica es de 100 μm.

Unión directa de cobre (DBC), soldadura fuerte de metal activo (AMB), impresión de película gruesa.

El espesor común de la capa de cobre es de 0,1 a 0,3 mm, hasta un máximo de 0,5 mm.

Fuerza de unión >25 N/mm, los tiempos de ciclo térmico superan las 1000 veces (-40℃~150℃).

Proceso de película delgada Ra

Corte láser, troceado y corte mecánico. La precisión del corte láser es de ±25 μm.

El rendimiento del proceso de película delgada es de aproximadamente el 85%-90%, y el del proceso de película gruesa es de aproximadamente el 90%-95%.

Evite el diseño de ángulos agudos con radio de filete ≥0,2 mm; agregue orificios de disipación de calor en áreas con estrés térmico concentrado.

Mediante unión de chip invertido, unión por cable, soldadura eutéctica, etc. La unión de chip invertido tiene una resistencia térmica tan baja como 0,5 ℃/W.

Estaciones base 5G (pérdida de señal

Reducir la resistencia térmica. El uso de sustratos de AlN en módulos IGBT puede reducir la resistencia térmica a 1,5 °C/W.

Se puede utilizar en unidades de control del motor (ECU), con excelente resistencia a altas temperaturas y resistencia a vibraciones.

Sustratos de disipación de calor para LED de alta potencia, con resistencia térmica reducible a menos de 3 ℃/W.

Para una lámina de cobre de 1 oz con un aumento de temperatura de 10 ℃, un ancho de línea de 1 mm puede transportar aproximadamente 2 A.

Apilado mediante procesos de co-combustión, el LTCC puede lograr más de 100 capas como máximo.

La resistencia a la flexión de Al₂O₃ (96%) >300MPa, y la de AlN >350MPa.

Resistencia a la radiación (puede soportar dosis de 10⁶Gy), peso ligero (densidad de aproximadamente 1/3 de los sustratos metálicos).

Prueba de ciclo térmico (-40℃~125℃, 1000 veces), prueba de calor húmedo (85℃/85% HR, 1000h).

Agrietamiento de la capa de metalización (ciclos de falla del sustrato Al₂O₃ DBC de aproximadamente 500 a 800 veces).

Un espesor de 1 mm puede soportar ≥5 kV, voltaje de inicio de descarga parcial >2 kV.

Prueba de desprendimiento de cinta (cinta 3M 610), sin desprendimiento de capa metálica.

En condiciones normales de trabajo, puede alcanzar más de 10 años, y en entornos de alta temperatura y alta humedad, se acorta a 5 años.

Detección de rayos X, microscopio ultrasónico de barrido (C-SAM), con una resolución de hasta 10μm.

Vibración sinusoidal 5-2000Hz, aceleración 5g, duración 2 horas sin grietas.

Prueba de niebla salina de 96 h (solución de NaCl al 5 %), sin corrosión de la capa de metalización.

Modelo de cuerpo humano (HBM) >2kV, modelo de máquina (MM) >200V.

-40℃~150℃, tiempo de conversión

El coste de los sustratos cerámicos es de 5 a 10 veces el del FR4, debido principalmente a los materiales y procesos complejos.

Producción en masa, optimización de procesos (como utilizar película gruesa en lugar de película delgada), selección de materiales de bajo costo (como óxido de aluminio al 60%).

Mejor rendimiento de aislamiento (los sustratos metálicos necesitan capas de aislamiento) y el coeficiente de expansión térmica es más adecuado para los chips.

Óxido de aluminio (60%)

Tipo de material, complejidad del proceso, número de capas, tamaño, cantidad del pedido.

Se puede conseguir mediante un proceso rígido-flexible, con un incremento de coste del 20%-30%.

Representa aproximadamente entre el 15% y el 20% del costo total y la mejora del rendimiento puede reducirlo significativamente.

Cuando la cantidad del pedido supera las 5.000 piezas, el coste unitario disminuye significativamente.

Ciclo de desarrollo largo (3-6 meses), alto costo del molde (alrededor de 50.000-100.000 yuanes).

El rendimiento de disipación de calor de los sustratos de AlN es 3 veces mayor que el de las PCB a base de aluminio, pero el costo es 4 veces mayor.

Fijado mediante tornillos o pegado con adhesivo termoconductor (resistencia térmica

Temperatura máxima de soldadura por reflujo: 240-260 ℃, duración

Se puede retrabajar, pero las altas temperaturas pueden provocar grietas en la cerámica, con una tasa de éxito de alrededor del 70 %.

Limpie con limpieza ultrasónica con IPA (alcohol isopropílico) durante

Mantenga la humedad del entorno de operación entre el 40% y el 60% y utilice pulseras antiestáticas.

Seleccione materiales con coeficientes de expansión térmica similares y rellene los huecos con grasa de silicona conductora térmica.

No se recomienda, ya que el estrés térmico puede provocar grietas en la cerámica.

Par de apriete para tornillos M3: 0,8-1,2 N・m para evitar la concentración de tensión.

Detecta puntos calientes mediante imágenes térmicas infrarrojas y verifica la conectividad mediante pruebas de resistencia.

Almacenamiento: humedad

IPC-6012 (Especificación de rendimiento para placas impresas rígidas), MIL-P-55110 (Estándar militar).

Certificación UL (retardante de llama), certificación RoHS (libre de sustancias peligrosas), ISO 9001.

Cumple con las pruebas ambientales MIL-STD-810G con estrictos requisitos de resistencia a vibraciones e impactos.

Requiere certificaciones AEC-Q100 (chips) y AEC-Q200 (componentes pasivos).

Cumple con las regulaciones REACH de la UE, que restringen el uso de sustancias peligrosas como el plomo y el cadmio.

Clasificación UL 94 V-0 (sin propagación de llama), índice de oxígeno >30%.

Cumplir con el sistema de gestión de calidad de dispositivos médicos ISO 13485.

Exigir la certificación del sistema de gestión de calidad aeroespacial AS9100.

Cumple con la norma EN 55032 sobre radiación electromagnética, emisiones conducidas

Organismos de certificación de terceros: SGS, TÜV, Intertek.

Inspeccione el proceso de unión (por ejemplo, oxidación de la lámina de cobre DBC) y reprocese la superficie.

Rellene las grietas pequeñas con resina epoxi; reemplace el sustrato para grietas graves.

Ajustar el perfil de temperatura de soldadura y controlar la actividad del fundente (grado RA).

Optimice el cableado, utilice materiales de constante dieléctrica baja y agregue capas de conexión a tierra.

Inspeccione las trayectorias de conducción térmica y pruebe la resistencia térmica (objetivo

Proceso de sinterización desigual o alivio de tensión térmica insuficiente; optimice el proceso de fabricación.

Limpiar con plasma para eliminar residuos orgánicos.

Prueba de resistencia de aislamiento (1000 V CC) para localizar puntos de fuga.

Reforzar los recubrimientos protectores (por ejemplo, el chapado en níquel-oro) y evitar los gases corrosivos.

Aumente el espesor del sustrato (≥0,5 mm) y optimice el diseño de las esquinas.

Adelgazamiento (

Nitruro de silicio (Si₃N₄), con alta conductividad térmica (100W/m・K) y resistencia.

La impresión 3D de cerámica ha permitido crear estructuras complejas de disipación de calor con una precisión de 50 μm.

Optimice la distribución térmica mediante algoritmos de simulación, acortando el ciclo de diseño en un 30%.

Se utiliza en módulos de potencia de SiC con una tasa de crecimiento anual del mercado de más del 20%.

La baja pérdida dieléctrica satisface las necesidades de comunicación de alta frecuencia, y se espera que la demanda crezca un 50 % para 2025.

Las pastas de película gruesa a base de agua reemplazan los solventes orgánicos para reducir las emisiones de COV.

Dificultad para igualar los coeficientes de expansión térmica, requiriendo materiales de capa amortiguadora.

La litografía EUV logra circuitos de nivel 10nm, actualmente en etapa de laboratorio.

Su alta estabilidad a bajas temperaturas podría convertirlos en portadores de chips cuánticos.

Resistencia máxima a la temperatura: 800 ℃, requiriendo materiales de metalización de alta temperatura (por ejemplo, método de molibdeno-manganeso).

Soporta una presión de 100 MPa y consigue protección IP68 mediante encapsulado.

Utilice cerámica resistente a la radiación (por ejemplo, carburo de silicio) para proteger de la radiación de neutrones.

Controlar la impedancia característica (50Ω) y reducir la pérdida dieléctrica (tanδ

Adopte estructuras de disipación de calor de microcanales con una densidad de flujo de calor de hasta 100 W/cm².

Se requiere pasivación superficial, cumpliendo con las pruebas biológicas ISO 10993.

Resistencia a altas temperaturas y aislamiento, mejorando la eficiencia del sistema en un 1%-2%.

Cumple con los requisitos de aislamiento de CC de alto voltaje (HVDC), resistencia de voltaje ≥10 kV.

Utilice soportes amortiguadores y evite frecuencias de excitación externas por frecuencia natural.

Integrar con chips MEMS para lograr miniaturización y diseño de bajo consumo