Différences entre les circuits imprimés en céramique et les circuits imprimés FR4 traditionnels

Avant d'aborder ce sujet, comprenons d'abord ce que sont les PCB en céramique et ce que sont les PCB FR4.

Les circuits imprimés en céramique sont des cartes de circuits imprimés fabriquées à partir de matériaux céramiques. Contrairement aux substrats classiques en plastique renforcé de fibres de verre (FR-4), les circuits imprimés en céramique offrent une meilleure stabilité thermique, une résistance mécanique supérieure, de meilleures propriétés diélectriques et une durée de vie plus longue. Ils sont principalement utilisés dans les circuits haute température, haute fréquence et haute puissance, tels que les LED, les amplificateurs de puissance, les lasers à semi-conducteurs, les émetteurs-récepteurs RF, les capteurs et les dispositifs micro-ondes.

Le terme « circuit imprimé » désigne un support pour l'assemblage de composants électroniques. Il consiste à imprimer des motifs de circuits métalliques sur des substrats non conducteurs, puis à créer des pistes conductrices par des procédés tels que la corrosion chimique, le cuivre électrolytique et le perçage.

Ce qui suit est une comparaison entre les CCL en céramique et les CCL FR4, incluant leurs différences, leurs avantages et leurs inconvénients.

Circuit imprimé en céramique

Domaines d'application des différents matériaux :

Céramique d'alumine (Al2O3) : Elle possède d'excellentes propriétés d'isolation, une stabilité à haute température, une dureté et une résistance mécanique qui la rendent adaptée aux dispositifs électroniques de haute puissance.

Céramiques de nitrure d'aluminium (AlN) : Grâce à leur conductivité thermique élevée et leur bonne stabilité thermique, elles conviennent aux dispositifs électroniques de forte puissance et aux domaines de l'éclairage LED.

Céramiques de zircone (ZrO2) : avec une résistance, une dureté et une résistance à l'usure élevées, elles conviennent aux équipements électriques à haute tension.

Domaines d'application des différents processus :

Céramiques HTCC (cuites au cobalt à haute température) : adaptées aux applications haute température et haute puissance, notamment dans les secteurs de l’électronique de puissance, de l’aérospatiale, des communications par satellite et optiques, des équipements médicaux, de l’électronique automobile, de la pétrochimie et autres. Exemples de produits : LED haute puissance, amplificateurs de puissance, inductances, capteurs, condensateurs de stockage d’énergie, etc.

Céramiques LTCC (cuites au charbon actif à basse température) : adaptées à la fabrication de dispositifs micro-ondes tels que des modules RF, des antennes, des capteurs, des filtres, des diviseurs de puissance, etc. Elles trouvent également des applications dans les secteurs médical, automobile, aérospatial, des communications, électronique et autres. Exemples de produits : modules micro-ondes, modules d’antennes, capteurs de pression, capteurs de gaz, accéléromètres, filtres micro-ondes, diviseurs de puissance, etc.

DBC (Direct Bond Copper) : Convient à la dissipation thermique des dispositifs semi-conducteurs de puissance (tels que IGBT, MOSFET, GaN, SiC, etc.) grâce à son excellente conductivité thermique et sa résistance mécanique. Exemples d’applications : modules de puissance, électronique de puissance, contrôleurs de véhicules électriques, etc.

Circuit imprimé multicouche en cuivre à plaque directe (DPC) : principalement utilisé pour la dissipation thermique des LED haute puissance, il se caractérise par une intensité lumineuse élevée, une conductivité thermique élevée et des performances électriques élevées. Exemples de produits : lampes LED, LED UV, LED COB, etc.

La métallisation par activation laser (LAM) pour stratifiés hybrides céramique-métal permet d'optimiser la dissipation thermique et les performances électriques des éclairages LED haute puissance, des modules de puissance, des véhicules électriques et d'autres applications. On peut citer comme exemples d'applications les éclairages LED, les modules de puissance et les variateurs de moteurs pour véhicules électriques.

Circuit imprimé FR4

Les cartes porteuses de circuits intégrés, les cartes rigides-flexibles et les cartes à vias borgnes/enterrés HDI sont des types de circuits imprimés couramment utilisés, qui sont appliqués dans différents secteurs et produits comme suit :

Carte porteuse de circuit intégré : Il s’agit d’une carte de circuit imprimé couramment utilisée, principalement pour le test et la production de puces dans les appareils électroniques. Ses applications courantes incluent la production de semi-conducteurs, la fabrication électronique, l’aérospatiale, le secteur militaire et d’autres domaines.

Carte rigide-flexible : Il s’agit d’une carte composite combinant un circuit imprimé flexible (FPC) et un circuit imprimé rigide (PCB), offrant ainsi les avantages des deux. On la retrouve notamment dans l’électronique grand public, les équipements médicaux, l’électronique automobile, l’aérospatiale et d’autres domaines.

Circuit imprimé à interconnexions borgnes/enterrées HDI : Il s’agit d’un circuit imprimé à interconnexions haute densité, caractérisé par une densité de pistes plus élevée et des ouvertures plus petites, permettant un encombrement réduit et des performances accrues. Il est couramment utilisé dans les communications mobiles, l’informatique, l’électronique grand public et d’autres domaines.