Placa de circuito impresso de cerâmica

Os materiais comuns incluem óxido de alumínio (Al₂O₃, pureza de 60% a 96%), nitreto de alumínio (AlN) e óxido de berílio (BeO, gradualmente substituído devido à toxicidade). O óxido de alumínio com 96% de pureza representa mais de 60% das aplicações.

O Al₂O₃ (96%) tem uma condutividade térmica de aproximadamente 25 W/m・K, o AlN atinge 170-230 W/m・K e o óxido de berílio (BeO) é de cerca de 250 W/m・K.

Óxido de alumínio (6-7 ppm/°C), nitreto de alumínio (4,5 ppm/°C), muito inferior aos 18-22 ppm/°C do FR4.

À temperatura ambiente, a resistência de isolamento dos substratos de Al₂O₃ é >10¹⁴Ω e a dos substratos de AlN é >10¹³Ω.

A constante dielétrica do óxido de alumínio a 96% é de cerca de 9,8 (1MHz), e a do AlN é de cerca de 8,5 (1MHz).

Temperatura de operação: -55℃~300℃, podendo suportar altas temperaturas de curto prazo superiores a 800℃.

A dureza de Mohs é de 6 a 9, o óxido de alumínio (96%) atinge o nível 7, com alta dificuldade de processamento.

O Al₂O₃ (96%) tem uma densidade aproximada de 3,85 g/cm³ e o AlN, de cerca de 3,26 g/cm³.

Baixa perda dielétrica (tanδ＜0,002), pequeno atraso na transmissão do sinal.

Taxa de absorção de água

Processo de película espessa (serigrafia), processo de película fina (pulverização catódica/evaporação), processo de co-queima (HTCC/LTCC), etc.

A temperatura de sinterização do HTCC é de 1500-1600℃, enquanto a do LTCC é de 850-900℃; o LTCC permite a integração de componentes passivos, porém com um custo mais elevado.

O processo de filme fino pode atingir uma largura/espaçamento de linha de 10μm/10μm, e o processo de filme espesso é de cerca de 100μm/100μm.

O diâmetro mínimo do furo para perfuração a laser é de 50 μm, e para perfuração mecânica é de 100 μm.

Ligação direta de cobre (DBC), brasagem com metal ativo (AMB), impressão de filme espesso.

A espessura comum da camada de cobre é de 0,1 a 0,3 mm, podendo chegar a um máximo de 0,5 mm.

Resistência de colagem >25N/mm, ciclos térmicos superiores a 1000 vezes (-40℃~150℃).

Processo de filme fino Ra

Corte a laser, corte em cubos, corte mecânico. A precisão do corte a laser é de ±25 μm.

O rendimento do processo de filme fino é de cerca de 85% a 90%, e o do processo de filme espesso é de cerca de 90% a 95%.

Evite projetos com ângulos agudos, raio de concordância ≥0,2 mm; adicione furos de dissipação de calor em áreas com concentração de tensão térmica.

Através de técnicas como flip chip bonding, wire bonding, soldagem eutética, etc., a tecnologia flip chip bonding apresenta uma resistência térmica de apenas 0,5℃/W.

Estações base 5G (perda de sinal

Reduzir a resistência térmica. O uso de substratos de AlN em módulos IGBT pode reduzir a resistência térmica para 1,5 °C/W.

Pode ser utilizado em unidades de controle eletrônico do motor (ECUs), apresentando excelente resistência a altas temperaturas e vibrações.

Substratos de dissipação de calor de LEDs de alta potência, com resistência térmica redutível para menos de 3℃/W.

Para uma folha de cobre de 1 oz sob um aumento de temperatura de 10°C, uma largura de linha de 1 mm pode transportar aproximadamente 2 A.

Empilhadas por meio de processos de co-queima, as placas LTCC podem atingir mais de 100 camadas.

A resistência à flexão do Al₂O₃ (96%) é superior a 300 MPa, e a do AlN é superior a 350 MPa.

Resistência à radiação (suporta doses de até 10⁶Gy), leveza (densidade cerca de 1/3 da de substratos metálicos).

Teste de ciclo térmico (-40℃~125℃, 1000 vezes), teste de calor úmido (85℃/85% UR, 1000h).

Trincas na camada de metalização (ciclos de falha do substrato DBC de Al₂O₃ aproximadamente 500 a 800 vezes).

Uma espessura de 1 mm pode suportar ≥5 kV, com tensão de início de descarga parcial >2 kV.

Teste de remoção da fita adesiva (fita 3M 610): sem desprendimento da camada metálica.

Em condições normais de trabalho, pode durar mais de 10 anos, mas em ambientes com alta temperatura e umidade, esse período é reduzido para 5 anos.

Detecção por raios X, microscópio de varredura ultrassônica (C-SAM), com resolução de até 10 μm.

Vibração sinusoidal de 5 a 2000 Hz, aceleração de 5 g, com duração de 2 horas sem rachaduras.

Teste de névoa salina de 96 horas (solução de NaCl a 5%), sem corrosão da camada de metalização.

Modelo do corpo humano (HBM) >2kV, modelo da máquina (MM) >200V.

-40℃~150℃, tempo de conversão

O custo dos substratos cerâmicos é de 5 a 10 vezes maior que o do FR4, principalmente devido à complexidade dos materiais e processos envolvidos.

Produção em massa, otimização de processos (como o uso de película espessa em vez de película fina), seleção de materiais de baixo custo (como óxido de alumínio a 60%).

Melhor desempenho de isolamento (os substratos metálicos precisam de camadas isolantes) e o coeficiente de expansão térmica é mais compatível com os chips.

Óxido de alumínio (60%)

Tipo de material, complexidade do processo, número de camadas, tamanho, quantidade do pedido.

Isso pode ser obtido através de um processo rígido-flexível, com um aumento de custo de 20% a 30%.

Representa cerca de 15% a 20% do custo total, e a melhoria do rendimento pode reduzi-lo significativamente.

Quando a quantidade do pedido ultrapassa 5.000 unidades, o custo unitário diminui significativamente.

Ciclo de desenvolvimento longo (3 a 6 meses), alto custo do molde (cerca de 50.000 a 100.000 yuans).

O desempenho de dissipação de calor dos substratos de AlN é 3 vezes superior ao das PCBs à base de alumínio, mas o custo é 4 vezes maior.

Fixado por parafusos ou colado com adesivo termocondutor (resistência térmica

Temperatura máxima de soldagem por refluxo: 240-260℃, duração

É possível retrabalhar o material, mas altas temperaturas podem causar fissuras na cerâmica, com uma taxa de sucesso de cerca de 70%.

Limpe com IPA (álcool isopropílico) por ultrassom durante menos de 10 minutos.

Mantenha a umidade do ambiente de trabalho entre 40% e 60% e use pulseiras antiestáticas.

Selecione materiais com coeficientes de expansão térmica semelhantes e preencha as lacunas com graxa de silicone termicamente condutora.

Não é recomendado, pois o estresse térmico pode causar rachaduras na cerâmica.

Torque para parafusos M3: 0,8-1,2 N・m para evitar concentração de tensão.

Detecte pontos quentes através de imagens térmicas infravermelhas e verifique a conectividade por meio de testes de resistência.

Armazenamento: umidade

IPC-6012 (Especificação de desempenho para placas de circuito impresso rígidas), MIL-P-55110 (Norma militar).

Certificação UL (retardante de chamas), certificação RoHS (livre de substâncias perigosas), ISO 9001.

Atende aos rigorosos requisitos de teste ambiental MIL-STD-810G, que incluem resistência a vibrações e impactos.

Exigem certificações AEC-Q100 (chips) e AEC-Q200 (componentes passivos).

Cumprir as regulamentações REACH da UE, que restringem o uso de substâncias perigosas como chumbo e cádmio.

Classificação UL 94 V-0 (sem propagação de chamas), índice de oxigênio >30%.

Cumprir a norma ISO 13485 para o sistema de gestão da qualidade de dispositivos médicos.

Exige-se a certificação AS9100 do sistema de gestão da qualidade aeroespacial.

Em conformidade com as normas de radiação eletromagnética EN 55032, emissões conduzidas

Organismos de certificação de terceiros: SGS, TÜV, Intertek.

Inspecione o processo de colagem (ex.: oxidação da folha de cobre DBC) e reprocesse a superfície.

Preencha pequenas fissuras com resina epóxi; substitua o substrato em caso de fissuras graves.

Ajuste o perfil de temperatura de soldagem e controle a atividade do fluxo (grau RA).

Otimize a fiação, utilize materiais com baixa constante dielétrica e adicione camadas de aterramento.

Inspecione os caminhos de condução térmica e teste a resistência térmica (meta

Processo de sinterização irregular ou alívio insuficiente de tensões térmicas; otimizar o processo de fabricação.

Limpeza com plasma para remoção de resíduos orgânicos.

Teste de resistência de isolamento (1000V CC) para localizar pontos de fuga.

Reforce os revestimentos protetores (por exemplo, revestimento de níquel-ouro) e evite gases corrosivos.

Aumente a espessura do substrato (≥0,5 mm) e otimize o design dos cantos.

Redução da espessura (

O nitreto de silício (Si₃N₄) possui alta condutividade térmica (100 W/m・K) e resistência.

A impressão 3D em cerâmica possibilitou a criação de estruturas complexas de dissipação de calor com uma precisão de 50 μm.

Otimização da distribuição térmica por meio de algoritmos de simulação, reduzindo o ciclo de projeto em 30%.

Utilizado em módulos de potência SiC, com uma taxa de crescimento anual de mercado superior a 20%.

A baixa perda dielétrica atende às necessidades de comunicação de alta frequência, com a demanda prevista para crescer 50% até 2025.

Pastas de película espessa à base de água substituem solventes orgânicos para reduzir as emissões de COVs (Compostos Orgânicos Voláteis).

Dificuldade em compatibilizar os coeficientes de expansão térmica, exigindo materiais para a camada de amortecimento.

A litografia EUV permite a criação de circuitos com dimensões de 10 nanômetros, atualmente em fase de laboratório.

A alta estabilidade em baixas temperaturas pode torná-los suportes para chips quânticos.

Resistência máxima à temperatura: 800℃, exigindo materiais de metalização para altas temperaturas (por exemplo, método molibdênio-manganês).

Suporta pressão de 100 MPa e atinge proteção IP68 através de encapsulamento.

Utilize cerâmicas resistentes à radiação (por exemplo, carboneto de silício) para blindar contra a radiação de nêutrons.

Controlar a impedância característica (50Ω) e reduzir a perda dielétrica (tanδ

Adotar estruturas de dissipação de calor com microcanais com densidade de fluxo de calor de até 100 W/cm².

É necessária a passivação da superfície, em conformidade com os testes biológicos da norma ISO 10993.

Alta resistência à temperatura e isolamento, melhorando a eficiência do sistema em 1% a 2%.

Atender aos requisitos de isolamento para corrente contínua de alta tensão (HVDC), suportando tensão ≥10kV.

Utilize suportes com amortecimento de impacto e evite frequências de excitação externa para a frequência natural.

Integre com chips MEMS para alcançar miniaturização e design de baixo consumo de energia.