Hem > Blogg > Branschnyheter > Fördelar, nackdelar och tillämpningar av keramiska kretskort/keramiska PCB Keramiska kretskort , även kända som keramiska substrat, är kretskort tillverkade av keramiska material, såsom aluminiumoxid, aluminiumnitrid, berylliumoxid och kiselnitrid, som bärande substrat. Keramiska kretskort skiljer sig fundamentalt från vanliga FR-4-substrat och är mer benägna att appliceras på högteknologisk elektronik och industrier. Den här artikeln ger en omfattande översikt över keramiska kretskort.
1) Utmärkt värmeavledning: Detta är den viktigaste fördelen med keramiska kretskort. Värmeledningsförmågan hos keramiska material (särskilt aluminiumnitrid, AlN) är mycket högre än andra traditionella substrat, det ger snabb värmeavledning, sänker arbetstemperaturen för vissa komponenter och förbättrar tillförlitlighet och prestanda avsevärt.
2) Matchning av värmeutvidgningskoefficient med chip: Många högpresterande halvledarchip (som GaN, SiC) använder kisel eller kiselkarbid som substrat. Värmeutvidgningskoefficienten för keramik (särskilt AlN) ligger mycket nära dessa materials. Vid drastiska temperaturförändringar kan det minska spänningen mellan chipet och substratet, förhindra sprickbildning i lödfogen, förbättra produktens livslängd och motståndskraft mot värmecykler.
3) Utmärkta egenskaper:
● Hög resistans för isolering och högspänningsgenombrott, lämplig för högspänningstillämpningar.
● Låg dielektricitetskonstant och dielektricitetsförlust, vilket resulterar i låg signalförlust och låg fördröjning vid höga frekvenser (RF/mikrovågsugn), stabil prestanda.
4) Hög mekanisk hållfasthet och stabilitet: Keramiska material är hårda, täta, slitstarka, korrosionsbeständiga och icke-deformerbara, vilket ger tillförlitlig stabilitet i hårda mekaniska och kemiska miljöer.
5) Hög hermetisk täthet: Keramik i sig är lufttät och fukttålig, vilket ger utmärkt skydd för interna kretsar och chips, lämplig för hermetiskt förseglade förpackningar med tillförlitlighet.
6) Lämplig för högdensitetsmontering: Genom tunnfilms- eller tjockfilmsprocesser kan mycket små kretsar tryckas på keramiska substrat, vilket uppnår högdensitetssammankoppling.
1) Hög kostnad: Kostnaden för keramiska material, bearbetningsutrustning (såsom laserborrning och högtemperatursintring) och komplexiteten i processtekniken är betydligt högre än för vanliga kretskort, vilket resulterar i ett mycket högt enhetspris.
2) Hög sprödhet och skörhet: Detta är en inneboende egenskap hos keramiska material. De är benägna att gå sönder under mekanisk kraft, böjning eller ojämn belastning, så de måste vara mycket försiktiga under transport och montering.
3) Begränsad storlek: På grund av sintringsprocessen är stora keramiska substrat mer benägna att deformeras och spricka under tillverkningsprocessen, vilket gör storleken mindre och svårare att tillverka i större storlekar som vanliga kretskort.
4) Svår att tillverka:
● Borrning: På grund av keramikens höga hårdhet måste genomgående hål vanligtvis borras med laser, vilket är kostsamt, långsamt och har en högre defektfrekvens.
● Omöjligt för modifieringar efter bearbetning: När det väl är sintrat kan kretsarna inte modifieras som vanliga kretskort.
Keramiska PCB-kort används huvudsakligen inom områden med höga krav på prestanda, tillförlitlighet och värmeavledning:
1) Högeffektselektronik och fordonselektronik:
● IGBT-moduler, SiC/GaN-kraftenheter: elektriska drivomformare för nya energifordon, laddare.
● Industriella frekvensomvandlare, avbrottsfria UPS-strömförsörjningar och kraftmoduler för högspänningsöverföring (HVDC).
2) Högljusstarka lysdioder och halvledarbelysning: LED-kapslingssubstrat, särskilt högeffekts-COB-kapslar. Utmärkt värmeavledning är avgörande för LED-ljusutbyte, livslängd och ljusavledning.
3) RF/mikrovågsugn och halvledarkapsling:
● RF-effektförstärkare i 5G/6G-kommunikationsbasstationer, mikrovågs- och millimetervågsenheter samt fasstyrda antenner.
● Mikrovågsintegrerade kretsar och satellitkommunikationsutrustning.
● Chipkapsling och substrat för flerchipsmoduler.
4) Flyg- och rymdfart och militär: Radarsystem, elektronisk motåtgärdsutrustning och missilstyrningssystem. Dessa kräver motståndskraft mot extrema temperaturförändringar, höga vibrationer och starka stötar.
5) Lasrar och optoelektroniska komponenter: Kylflänsar och kretsbärare för högeffekts halvledarlasrar, vilket säkerställer stabil laserutgång.
6) Sensorer och högtemperaturelektronik: Högtemperaturtrycksensorer, accelerometrar och andra MEMS-enheter, eftersom keramik i sig tål högtemperaturmiljöer.
| Material | Fördelar | Nackdelar | Typiska tillämpningar |
| Aluminiumoxid | Relativt låg kostnad, välutvecklad teknik, balanserad totalprestanda | Måttlig värmeledningsförmåga (~20-30 W/mK), något dålig på matchning av värmeutvidgningskoefficient | Brett tillämplig i olika lysdioder med låg till medelhög effekt, tjockfilmskretsar och elektroniska förpackningssubstrat |
| Aluminiumnitrid | Utmärkt värmeledningsförmåga (~170-200 W/mK), utmärkt anpassning av termisk expansion | Hög kostnad, svår att tillverka | Högeffekts-IGBT:er, högeffekts-LED:er, högfrekventa mikrovågsenheter, lasrar |
| Kiselnitrid | Högsta böjhållfasthet, god brottseghet, utmärkt termisk chockbeständighet | Måttlig värmeledningsförmåga (~60-90 W/mK), högsta kostnad | Applikationer med extremt höga krav på mekanisk tillförlitlighet, såsom kraftmoduler för elfordon (som kräver vibrationstålighet) |
| Berylliumoxid | Utmärkt värmeledningsförmåga (~280 W/mK), bra prestanda vid högfrekventa temperaturer | Mycket giftigt, pulvret är skadligt för människokroppen, bearbetningen är begränsad | Används främst inom vissa högfrekventa och kraftfulla militära och flyg- och rymdområden (ersätts gradvis av AlN) |
Keramiska kretskort tillverkas och är avsedda att uppfylla specialiserade krav. Deras materialegenskaper gör att de är utmärkta för värmeavledning, stabilitet och tillförlitlighet, men den komplexa tillverkningsprocessen resulterar också i höga kostnader. Som stabila och pålitliga kretskort för elektroniska enheter i extrema arbetsförhållanden och miljöer är de mycket bättre än traditionella kretskort och används för moderna högpresterande elektroniska system, högre effekt, högre frekvens, mindre storlek och stor tillförlitlighet.
Benlida har specialiserat sig på tillverkning av kretskort i 14 år och har fokuserat på kvalitet, kontinuerligt uppgraderat processer och tillhandahållit kundorienterad service med kvalitet framför allt. Om du behöver keramiska kretskort, vänligen kontakta Benlida för att veta mer!
sv
WhatsApp