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¿Qué es un sustrato cerámico?
Sustrato cerámicoEl sustrato cerámico, también conocido como placa de circuito de cerámica, es un material cerámico como sustrato, lámina de cobre unida a la superficie de óxido de aluminio (Al2O3) o nitruro de aluminio (AlN) sustrato cerámico a través de alta temperatura (de una sola cara o de doble cara) para formar líneas conductoras y componentes electrónicos del sustrato. En comparación con los sustratos orgánicos tradicionales (como FR-4), los sustratos cerámicos tienen mayor conductividad térmica, mejor resistencia mecánica, mejor resistencia a altas temperaturas y a la corrosión, por lo que en el campo del embalaje de dispositivos electrónicos de alta potencia, alta frecuencia y alta fiabilidad tienen ventajas insustituibles.
Ventajas del sustrato cerámico
Fuerte tensión mecánica, estabilidad de forma, alta resistencia específica, alta conductividad térmica, alto aislamiento, fuerte fuerza de adherencia, resistencia a la corrosión, mejor rendimiento de ciclos térmicos, el número de ciclos de hasta 50.000 veces, alta fiabilidad, con el PCB board (or IMS substrate) as can be etched out of a variety of graphic structures; non-polluting, non-polluting, the use of a wide range of temperatures -55 ° C ~ 850 ° C; coefficient of thermal expansion is close to the silicon, to simplify the production process for power modules.
Materiales de sustrato cerámico habituales y sus ventajas
| Material | Ventajas | Desventajas | Aplicaciones |
|---|---|---|---|
| Alúmina (Al2O3) | Bajo coste, alta resistencia mecánica, buenas propiedades aislantes, conductividad térmica moderada | Conductividad térmica relativamente baja | LED, módulos de potencia, electrónica del automóvil |
| Nitruro de aluminio (AlN) | Alta conductividad térmica, bajo coeficiente de dilatación térmica, buenas propiedades aislantes | Coste elevado, difícil de procesar | LED de alta potencia, láseres, dispositivos de microondas |
| Nitruro de silicio (Si3N4) | Alta resistencia mecánica, bajo coeficiente de dilatación térmica, excelente resistencia al choque térmico | Coste elevado, conductividad térmica relativamente baja | Dispositivos electrónicos de alta temperatura, aeroespacial |
| Óxido de berilio (BeO) | Conductividad térmica extremadamente alta, buenas propiedades aislantes | Alto coste, tóxico | Dispositivos de microondas de alta potencia, aeroespaciales |
Proceso de fabricación de sustratos cerámicos
El proceso de fabricación del sustrato cerámico incluye principalmente lo siguiente:
Proceso de película fina: uso de revestimiento al vacío, fotolitografía, grabado y otros procesos en la formación de finas líneas conductoras en el sustrato cerámico, adecuadas para circuitos de alta densidad y precisión.
Proceso de película gruesa: el uso de serigrafía, sinterización a alta temperatura y otros procesos en la formación de líneas conductoras en sustratos cerámicos, adecuados para circuitos de alta potencia y alta corriente.
Proceso de unión directa de cobre (DBC): La lámina de cobre se une directamente al sustrato cerámico para formar un circuito de alta conductividad térmica y alta fiabilidad, adecuado para el envasado de dispositivos de alta potencia.
Proceso de soldadura de metal activo (AMB): la lámina de cobre se suelda sobre el sustrato cerámico utilizando material de soldadura de metal activo para formar una conexión de alta resistencia, adecuada para aplicaciones que requieren una alta fiabilidad.
Precauciones
El sustrato cerámico es un material frágil, en el procesamiento y uso del proceso es necesario prestar atención para evitar choques mecánicos. Sustratos cerámicos de diferentes materiales tienen diferentes coeficientes de expansión térmica, en el diseño de circuitos debe tener en cuenta el problema de adaptación térmica, es necesario elegir de acuerdo a los requisitos reales de aplicación.
Sustratos cerámicos Áreas de aplicación
Los sustratos cerámicos se utilizan ampliamente en los siguientes campos:
Iluminación LED: Embalaje de chip LED de alta potencia, mejora la eficiencia de disipación del calor y prolonga la vida útil.
Electrónica de potencia:Embalaje de IGBT, MOSFET y otros dispositivos de potencia, mejora de la densidad de potencia y la fiabilidad.
Electrónica de automoción: módulos de control del motor, sensores, etc., para mejorar la resistencia a altas temperaturas y vibraciones.
Aeroespacial: embalaje de dispositivos electrónicos de alta fiabilidad para cumplir los requisitos de uso de entornos extremos.
Equipos de comunicación: Dispositivo de RF, embalaje de dispositivos de microondas, mejorar la eficiencia de transmisión de la señal.
Con el rápido desarrollo de las comunicaciones 5G, los nuevos vehículos de energía, la inteligencia artificial y otras industrias emergentes, la creciente demanda de dispositivos electrónicos de alta potencia, alta frecuencia y alta fiabilidad, el sustrato cerámico como material de envasado electrónico de alto rendimiento, su demanda en el mercado continuará expandiéndose, la industria del sustrato cerámico marcará el comienzo de una perspectiva de desarrollo más amplia.
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