Главная > Блог > Новости отрасли > Преимущества, недостатки и области применения керамических печатных плат/керамических печатных плат Керамические печатные платы , также известные как керамические подложки, — это печатные платы, изготовленные из керамических материалов, таких как оксид алюминия, нитрид алюминия, оксид бериллия и нитрид кремния, в качестве подложки. Керамические печатные платы принципиально отличаются от обычных подложек FR-4 и более пригодны для применения в высокотехнологичной электронике и промышленности. В данной статье представлен всесторонний обзор керамических печатных плат.
1) Превосходное рассеивание тепла: это важнейшее преимущество керамических печатных плат. Теплопроводность керамических материалов (особенно нитрида алюминия, AlN) значительно выше, чем у других традиционных подложек, что обеспечивает быстрое рассеивание тепла, снижает рабочую температуру некоторых компонентов и значительно повышает надежность и производительность.
2) Соответствие коэффициента теплового расширения микросхемам: Во многих мощных полупроводниковых микросхемах (таких как GaN, SiC) в качестве подложки используется кремний или карбид кремния. Коэффициент теплового расширения керамики (особенно AlN) очень близок к этим материалам. При резких перепадах температуры это позволяет снизить напряжение между микросхемой и подложкой, предотвратить растрескивание паяных соединений, увеличить срок службы изделия и повысить устойчивость к термическим циклам.
3) Превосходные свойства:
● Высокое сопротивление изоляции и пробивному напряжению, подходит для применения в высоковольтных системах.
● Низкая диэлектрическая постоянная и диэлектрические потери, что приводит к низким потерям при передаче сигнала и малой задержке на высоких частотах (РЧ/микроволны), а также к стабильной работе.
4) Высокая механическая прочность и стабильность: Керамические материалы твердые, плотные, износостойкие, коррозионностойкие и недеформируемые, обеспечивают надежную стабильность в суровых механических и химических средах.
5) Высокая герметичность: Сама керамика воздухонепроницаема и влагостойка, обеспечивая превосходную защиту внутренних схем и микросхем, что делает её подходящей для герметичных корпусов с высокой степенью надежности.
6) Подходит для высокоплотной сборки: с помощью тонкопленочных или толстопленочных процессов можно печатать очень миниатюрные схемы на керамических подложках, обеспечивая высокоплотные межсоединения.
1) Высокая стоимость: Стоимость керамических материалов, технологического оборудования (например, лазерного сверления и высокотемпературного спекания), а также сложность технологического процесса значительно выше, чем у обычных печатных плат, что приводит к очень высокой цене за единицу продукции.
2) Высокая хрупкость и ломкость: это неотъемлемая характеристика керамических материалов. Они склонны к разрушению под воздействием механической силы, изгиба или неравномерного напряжения, поэтому при транспортировке и сборке необходимо проявлять особую осторожность.
3) Ограниченный размер: Из-за процесса спекания крупные керамические подложки более подвержены деформации и растрескиванию в процессе производства, поэтому их размеры малы, и их сложно изготавливать в больших размерах, как обычные печатные платы.
4) Сложно изготовить:
● Сверление: Из-за высокой твердости керамики сквозные отверстия обычно приходится сверлить лазером, что является дорогостоящим, медленным процессом с высоким риском дефектов.
● Невозможно внесение изменений в процессе постобработки: после спекания схемы нельзя модифицировать, как обычные печатные платы.
Керамические печатные платы в основном применяются в областях с высокими требованиями к производительности, надежности и теплоотводу:
1) Мощная электроника и автомобильная электроника:
● Модули IGBT, силовые приборы SiC/GaN: инверторы для электроприводов электромобилей, зарядные устройства.
● Промышленные преобразователи частоты, источники бесперебойного питания (ИБП) и силовые модули для высоковольтной передачи электроэнергии (ВНП постоянного тока).
2) Светодиоды высокой яркости и полупроводниковые осветительные приборы: подложки для корпусов светодиодов, особенно мощные COB-корпуса. Отличное рассеивание тепла имеет решающее значение для светового потока, срока службы и снижения интенсивности свечения светодиодов.
3) Упаковка радиочастотных/микроволновых и полупроводниковых компонентов:
● Усилители мощности радиочастотного сигнала в базовых станциях связи 5G/6G, микроволновых и миллиметровых устройствах, а также фазированных антенных решетках.
● Микроволновые интегральные схемы и оборудование спутниковой связи.
● Корпуса микросхем и подложки для многокристальных модулей.
4) Аэрокосмическая и военная отрасли: радиолокационные системы, средства радиоэлектронной борьбы и системы наведения ракет. Они должны быть устойчивы к экстремальным перепадам температур, сильной вибрации и мощным ударным воздействиям.
5) Лазеры и оптоэлектронные устройства: радиаторы и несущие элементы печатных плат для мощных полупроводниковых лазеров, обеспечивающие стабильную выходную мощность лазера.
6) Датчики и высокотемпературная электроника: высокотемпературные датчики давления, акселерометры и другие МЭМС-устройства, поскольку сама керамика способна выдерживать высокие температуры.
| Материал | Преимущества | Недостатки | Типичные области применения |
| Оксид алюминия | Относительно низкая стоимость, хорошо разработанная технология, сбалансированные общие характеристики. | Умеренная теплопроводность (~20-30 Вт/мК), несколько плохое соответствие коэффициенту теплового расширения. | Широко применяется в различных светодиодах малой и средней мощности, толстопленочных печатных платах и электронных упаковочных подложках. |
| нитрид алюминия | Отличная теплопроводность (~170-200 Вт/мК), превосходное соответствие коэффициенту теплового расширения. | Высокая стоимость, сложность производства | Мощные IGBT-транзисторы, мощные светодиоды, высокочастотные микроволновые устройства, лазеры |
| Нитрид кремния | Высочайшая прочность на изгиб, хорошая трещиностойкость, превосходная термостойкость. | Умеренная теплопроводность (~60-90 Вт/мК), самая высокая стоимость. | Области применения с чрезвычайно высокими требованиями к механической надежности, такие как силовые модули электромобилей (требующие виброустойчивости). |
| Оксид бериллия | Отличная теплопроводность (~280 Вт/мК), хорошие характеристики на высоких частотах. | Высокотоксичный порошок, вреден для человеческого организма, возможности его переработки ограничены. | В основном применяется в некоторых высокочастотных и мощных военных и аэрокосмических областях (постепенно заменяется нитридом алюминия). |
Керамические печатные платы изготавливаются и предназначены для удовлетворения специализированных требований. Свойства материала определяют их превосходные теплоотводящие свойства, стабильность и надежность, однако сложный производственный процесс также приводит к высоким затратам. В качестве стабильных и надежных печатных плат для электронных устройств, работающих в экстремальных условиях и средах, которые значительно превосходят традиционные печатные платы, используются в современных высокопроизводительных электронных системах, обеспечивающих более высокую мощность, более высокую частоту, меньшие размеры и высокую надежность.
Компания Benlida специализируется на производстве печатных плат уже 14 лет, уделяя особое внимание качеству, постоянно совершенствуя процессы и предоставляя клиентоориентированный сервис, ставя качество превыше всего. Если вам нужны керамические печатные платы, свяжитесь с Benlida для получения дополнительной информации!
ru
WhatsApp