PCB ceramico

Tra i materiali più comuni troviamo l'ossido di alluminio (Al₂O₃, purezza 60%-96%), il nitruro di alluminio (AlN) e l'ossido di berillio (BeO, gradualmente sostituito a causa della tossicità). L'ossido di alluminio al 96% rappresenta oltre il 60% delle applicazioni.

Al₂O₃ (96%) è di circa 25W/m・K, AlN raggiunge 170-230W/m・K e l'ossido di berillio (BeO) è di circa 250W/m・K.

Ossido di alluminio (6-7 ppm/°C), nitruro di alluminio (4,5 ppm/°C), molto più bassi dei 18-22 ppm/°C dell'FR4.

A temperatura ambiente, la resistenza di isolamento dei substrati di Al₂O₃ è >10¹⁴Ω, mentre quella dei substrati di AlN è >10¹³Ω.

La costante dielettrica dell'ossido di alluminio al 96% è di circa 9,8 (1 MHz), mentre quella dell'AlN è di circa 8,5 (1 MHz).

Temperatura di esercizio: da -55℃ a 300℃, può resistere a temperature elevate per brevi periodi superiori a 800℃.

La durezza Mohs è 6-9, l'ossido di alluminio (96%) raggiunge il livello 7, con elevata difficoltà di lavorazione.

Al₂O₃ (96%) è circa 3,85 g/cm³ e AlN è circa 3,26 g/cm³.

Bassa perdita dielettrica (tanδ＜0,002), piccolo ritardo di trasmissione del segnale.

Tasso di assorbimento dell'acqua

Processo a film spesso (serigrafia), processo a film sottile (sputtering/evaporazione), processo di co-cottura (HTCC/LTCC), ecc.

La temperatura di sinterizzazione HTCC è 1500-1600℃, LTCC è 850-900℃; LTCC può integrare componenti passivi con costi più elevati.

Il processo a film sottile può raggiungere una larghezza/spaziatura delle linee di 10μm/10μm, mentre il processo a film spesso è di circa 100μm/100μm.

Il diametro minimo del foro per la perforazione laser è di 50 μm, mentre per la perforazione meccanica è di 100 μm.

Legatura diretta del rame (DBC), brasatura attiva dei metalli (AMB), stampa a film spesso.

Lo spessore comune dello strato di rame è compreso tra 0,1 e 0,3 mm, fino a un massimo di 0,5 mm.

Resistenza di legame >25N/mm, tempi di ciclo termico superiori a 1000 volte (-40℃~150℃).

Processo a film sottile Ra

Taglio laser, cubettatura, taglio meccanico. La precisione del taglio laser è di ±25 μm.

La resa del processo a film sottile è di circa l'85%-90%, mentre quella del processo a film spesso è di circa il 90%-95%.

Evitare la progettazione ad angolo acuto, raggio di raccordo ≥0,2 mm; aggiungere fori di dissipazione del calore nelle aree con stress termico concentrato.

Tramite il flip chip bonding, il wire bonding, la saldatura eutettica, ecc., il flip chip bonding ha una resistenza termica pari a soli 0,5℃/W.

Stazioni base 5G (perdita del segnale

Ridurre la resistenza termica. L'utilizzo di substrati AlN nei moduli IGBT può ridurre la resistenza termica a 1,5 °C/W.

Può essere utilizzato nelle unità di controllo motore (ECU), con un'eccellente resistenza alle alte temperature e alle vibrazioni.

Substrati di dissipazione del calore LED ad alta potenza, con resistenza termica riducibile a meno di 3℃/W.

Per un foglio di rame da 1 oz sottoposto a un aumento di temperatura di 10°C, una linea di 1 mm di larghezza può trasportare circa 2 A.

Impilato tramite processi di co-cottura, l'LTCC può raggiungere al massimo più di 100 strati.

La resistenza alla flessione di Al₂O₃ (96%) >300MPa e quella di AlN >350MPa.

Resistenza alle radiazioni (può sopportare una dose di 10⁶Gy), leggerezza (densità pari a circa 1/3 dei substrati metallici).

Prova del ciclo termico (-40℃~125℃, 1000 volte), prova del calore umido (85℃/85% RH, 1000 ore).

Rottura dello strato di metallizzazione (tempi di ciclo di rottura del substrato DBC Al₂O₃ circa 500-800 volte).

Lo spessore di 1 mm può resistere a ≥5 kV, tensione di inizio scarica parziale >2 kV.

Test di distacco del nastro (nastro 3M 610), nessun distacco dello strato metallico.

In normali condizioni di lavoro, può durare più di 10 anni, mentre in ambienti ad alta temperatura e umidità, si riduce a 5 anni.

Rilevamento a raggi X, microscopio a scansione ultrasonica (C-SAM), con una risoluzione fino a 10 μm.

Vibrazione sinusoidale 5-2000Hz, accelerazione 5g, durata 2 ore senza crepe.

Test di nebbia salina di 96 ore (soluzione di NaCl al 5%), nessuna corrosione dello strato di metallizzazione.

Modello del corpo umano (HBM) >2kV, modello della macchina (MM) >200V.

-40℃~150℃, tempo di conversione

Il costo dei substrati ceramici è 5-10 volte superiore a quello dell'FR4, principalmente a causa della complessità dei materiali e dei processi.

Produzione di massa, ottimizzazione dei processi (ad esempio utilizzando pellicole spesse anziché sottili), selezione di materiali a basso costo (ad esempio ossido di alluminio al 60%).

Migliori prestazioni di isolamento (i substrati metallici necessitano di strati isolanti) e il coefficiente di dilatazione termica è più simile a quello dei trucioli.

Ossido di alluminio (60%)

Tipo di materiale, complessità del processo, numero di strati, dimensioni, quantità ordinata.

Può essere ottenuto tramite un processo rigido-flessibile, con un aumento dei costi del 20%-30%.

Rappresenta circa il 15%-20% del costo totale e il miglioramento della resa può ridurlo significativamente.

Quando la quantità ordinata supera i 5.000 pezzi, il costo unitario diminuisce notevolmente.

Ciclo di sviluppo lungo (3-6 mesi), costo elevato dello stampo (circa 50.000-100.000 yuan).

Le prestazioni di dissipazione del calore dei substrati AlN sono 3 volte superiori a quelle dei PCB a base di alluminio, ma il costo è 4 volte superiore

Fissaggio tramite viti o incollaggio con adesivo termoconduttivo (resistenza termica

Temperatura di picco della saldatura a riflusso: 240-260℃, durata

Rilavorabile, ma le alte temperature possono causare crepe nella ceramica, con una percentuale di successo di circa il 70%.

Pulire con IPA (alcol isopropilico) mediante ultrasuoni per

Mantenere l'umidità dell'ambiente operativo al 40%-60% e indossare braccialetti antistatici.

Selezionare materiali con coefficienti di dilatazione termica simili e riempire gli spazi vuoti con grasso siliconico termoconduttivo.

Sconsigliato, poiché lo stress termico potrebbe causare crepe nella ceramica.

Coppia di serraggio per viti M3: 0,8-1,2 N・m per evitare la concentrazione di sollecitazioni.

Rileva i punti caldi tramite termografia a infrarossi e verifica la connettività tramite test di resistenza.

Conservazione: umidità

IPC-6012 (Specifiche prestazionali per circuiti stampati rigidi), MIL-P-55110 (Standard militare).

Certificazione UL (ignifugo), certificazione RoHS (privo di sostanze pericolose), ISO 9001.

Soddisfa i rigorosi requisiti di resistenza alle vibrazioni e agli urti dei test ambientali MIL-STD-810G.

Sono richieste le certificazioni AEC-Q100 (chip) e AEC-Q200 (componenti passivi).

Rispettare le normative REACH dell'UE, che limitano l'uso di sostanze pericolose come piombo e cadmio.

Classificazione UL 94 V-0 (nessuna propagazione della fiamma), indice di ossigeno >30%.

Conformità al sistema di gestione della qualità dei dispositivi medici ISO 13485.

Richiedere la certificazione del sistema di gestione della qualità aerospaziale AS9100.

Conforme agli standard EN 55032 sulle radiazioni elettromagnetiche, emissioni condotte

Enti di certificazione terzi: SGS, TÜV, Intertek.

Ispezionare il processo di incollaggio (ad esempio, ossidazione della lamina di rame DBC) e rielaborare la superficie.

Riempire le piccole crepe con resina epossidica; sostituire il substrato in caso di crepe più gravi.

Regolare il profilo della temperatura di saldatura e controllare l'attività del flusso (grado RA).

Ottimizzare il cablaggio, utilizzare materiali con bassa costante dielettrica e aggiungere strati di messa a terra.

Ispezionare i percorsi di conduzione termica e testare la resistenza termica (obiettivo

Processo di sinterizzazione non uniforme o insufficiente sollievo dallo stress termico; ottimizzare il processo di produzione.

Pulire con il plasma per rimuovere i residui organici.

Test di resistenza di isolamento (1000 V CC) per individuare i punti di perdita.

Rafforzare i rivestimenti protettivi (ad esempio, placcatura in nichel-oro) ed evitare i gas corrosivi.

Aumentare lo spessore del substrato (≥0,5 mm) e ottimizzare il design degli angoli.

Assottigliamento (

Nitruro di silicio (Si₃N₄), con elevata conduttività termica (100W/m・K) e resistenza.

La stampa 3D in ceramica ha realizzato complesse strutture di dissipazione del calore con una precisione di 50 μm.

Ottimizza la distribuzione termica tramite algoritmi di simulazione, riducendo il ciclo di progettazione del 30%.

Utilizzato nei moduli di potenza SiC con un tasso di crescita annuale del mercato superiore al 20%.

La bassa perdita dielettrica soddisfa le esigenze di comunicazione ad alta frequenza, con una domanda destinata a crescere del 50% entro il 2025.

Le paste a film spesso a base d'acqua sostituiscono i solventi organici per ridurre le emissioni di COV.

Difficoltà nell'adattare i coefficienti di dilatazione termica, che richiedono materiali per strati tampone.

La litografia EUV consente di realizzare circuiti di livello 10 nm, attualmente in fase di laboratorio.

L'elevata stabilità alle basse temperature potrebbe renderli adatti a supportare i chip quantistici.

Resistenza massima alla temperatura: 800℃, che richiede materiali di metallizzazione ad alta temperatura (ad esempio, metodo molibdeno-manganese).

Resiste a una pressione di 100 MPa e raggiunge la protezione IP68 tramite incapsulamento.

Utilizzare ceramiche resistenti alle radiazioni (ad esempio carburo di silicio) per schermare le radiazioni dei neutroni.

Controllare l'impedenza caratteristica (50Ω) e ridurre la perdita dielettrica (tanδ

Adotta strutture di dissipazione del calore a microcanali con densità di flusso termico fino a 100 W/cm².

È richiesta la passivazione superficiale, conforme ai test biologici ISO 10993.

Resistenza alle alte temperature e isolamento, migliorando l'efficienza del sistema dell'1%-2%.

Soddisfa i requisiti di isolamento DC ad alta tensione (HVDC), resistenza alla tensione ≥10 kV.

Utilizzare staffe ammortizzanti ed evitare frequenze di eccitazione esterne per la frequenza naturale.

Integrare con chip MEMS per ottenere miniaturizzazione e progettazione a basso consumo