La differenza tra PCB ceramici e PCB FR4 tradizionali
Prima di affrontare questo argomento, cerchiamo di capire cosa sono i PCB ceramici e cosa sono i PCB FR4.
Il termine "circuito stampato ceramico" si riferisce a un tipo di circuito stampato realizzato a partire da materiali ceramici, noto anche come PCB (circuito stampato) ceramico. A differenza dei comuni substrati in plastica rinforzata con fibra di vetro (FR-4), i circuiti stampati ceramici utilizzano substrati ceramici, che possono offrire una maggiore stabilità termica, una migliore resistenza meccanica, migliori proprietà dielettriche e una maggiore durata. I PCB ceramici sono utilizzati principalmente in circuiti ad alta temperatura, alta frequenza e alta potenza, come luci a LED, amplificatori di potenza, laser a semiconduttore, transceiver RF, sensori e dispositivi a microonde.
Il termine "circuito stampato" si riferisce a un materiale di base per componenti elettronici, noto anche come PCB o circuito stampato. È un supporto per l'assemblaggio di componenti elettronici mediante la stampa di circuiti metallici su substrati non conduttivi e la successiva creazione di percorsi conduttivi attraverso processi come la corrosione chimica, la rame elettrolitica e la foratura.
Di seguito è riportato un confronto tra CCL in ceramica e CCL FR4, comprese le differenze, i vantaggi e gli svantaggi.
| Caratteristiche | CCL in ceramica | FR4 CCL |
| Componenti materiali | Ceramica | Resina epossidica rinforzata con fibra di vetro |
| Conduttività | N | E |
| Conduttività termica (W/mK) | 10-210 | 0,25-0,35 |
| Gamma di spessore | 0,1-3 mm | 0,1-5 mm |
| Difficoltà di elaborazione | Alto | Basso |
| Costo di produzione | Alto | Basso |
| Vantaggi | Buona stabilità alle alte temperature, buone prestazioni dielettriche, elevata resistenza meccanica e lunga durata | Materiali convenzionali, bassi costi di produzione, facile lavorazione, adatti per applicazioni a bassa frequenza |
| Svantaggi | Elevati costi di produzione, lavorazione difficile, adatto solo per applicazioni ad alta frequenza o ad alta potenza | Costante dielettrica instabile, grandi variazioni di temperatura, bassa resistenza meccanica e suscettibilità all'umidità |
| Processi | Attualmente, esistono cinque tipi comuni di CCL termici ceramici, tra cui HTCC, LTCC, DBC, DPC, LAM, ecc. | Scheda portante IC, scheda rigida-flessibile, scheda HDI interrata/cieca, scheda monofacciale, scheda bifacciale, scheda multistrato |
PCB ceramico
Campi di applicazione dei diversi materiali:
Ceramica di allumina (Al2O3): presenta eccellenti proprietà isolanti, stabilità alle alte temperature, durezza e resistenza meccanica, risultando adatta per dispositivi elettronici ad alta potenza.
Ceramica al nitruro di alluminio (AlN): grazie all'elevata conduttività termica e alla buona stabilità termica, è adatta per dispositivi elettronici ad alta potenza e per i settori dell'illuminazione a LED.
Ceramica di zirconia (ZrO2): dotata di elevata resistenza, durezza e resistenza all'usura, è adatta per apparecchiature elettriche ad alta tensione.
Campi di applicazione dei diversi processi:
HTCC (ceramiche co-cotte ad alta temperatura): adatte per applicazioni ad alta temperatura e alta potenza, come elettronica di potenza, aerospaziale, comunicazioni satellitari, comunicazioni ottiche, apparecchiature mediche, elettronica automobilistica, petrolchimica e altri settori. Esempi di prodotti includono LED ad alta potenza, amplificatori di potenza, induttori, sensori, condensatori di accumulo di energia, ecc.
LTCC (ceramica co-cotta a bassa temperatura): adatta alla produzione di dispositivi a microonde come RF, microonde, antenne, sensori, filtri, divisori di potenza, ecc. Inoltre, può essere utilizzata anche in ambito medico, automobilistico, aerospaziale, delle comunicazioni, dell'elettronica e in altri settori. Esempi di prodotti includono moduli a microonde, moduli antenna, sensori di pressione, sensori di gas, sensori di accelerazione, filtri a microonde, divisori di potenza, ecc.
DBC (Direct Bond Copper): adatto per la dissipazione del calore di dispositivi a semiconduttore ad alta potenza (come IGBT, MOSFET, GaN, SiC, ecc.) con eccellente conduttività termica e resistenza meccanica. Esempi di prodotti includono moduli di potenza, elettronica di potenza, controller per veicoli elettrici, ecc.
DPC (Direct Plate Copper Multilayer Printed Circuit Board): utilizzato principalmente per la dissipazione del calore di luci LED ad alta potenza, con caratteristiche di elevata intensità, elevata conduttività termica ed elevate prestazioni elettriche. Esempi di prodotti includono luci LED, LED UV, LED COB, ecc.
LAM (Laser Activation Metallization for Hybrid Ceramic Metal Laminate): può essere utilizzato per la dissipazione del calore e l'ottimizzazione delle prestazioni elettriche in luci LED ad alta potenza, moduli di potenza, veicoli elettrici e altri settori. Esempi di prodotti includono luci LED, moduli di potenza, driver per motori di veicoli elettrici, ecc.
PCB FR4
Le schede di supporto IC, le schede Rigid-Flex e le schede HDI blind/buried via sono tipi di PCB comunemente utilizzati, che trovano applicazione in diversi settori e prodotti come segue:
Scheda portante per circuiti integrati: si tratta di un circuito stampato comunemente utilizzato, principalmente per il test e la produzione di chip in dispositivi elettronici. Le applicazioni più comuni includono la produzione di semiconduttori, la produzione elettronica, l'industria aerospaziale, militare e altri settori.
Circuito rigido-flessibile: si tratta di un circuito stampato in materiale composito che combina FPC con PCB rigido, offrendo i vantaggi sia dei circuiti stampati flessibili che di quelli rigidi. Le applicazioni più comuni includono l'elettronica di consumo, le apparecchiature medicali, l'elettronica automobilistica, l'industria aerospaziale e altri settori.
Scheda HDI blind/buried via: si tratta di un circuito stampato di interconnessione ad alta densità con maggiore densità di linee e apertura più piccola per ottenere un packaging più compatto e prestazioni più elevate. Le applicazioni più comuni includono comunicazioni mobili, computer, elettronica di consumo e altri settori.
