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O que é um substrato de cerâmica?
Substrato de cerâmicaA placa de circuito de cerâmica, também conhecida como placa de circuito de cerâmica, é um material cerâmico como substrato, uma folha de cobre ligada à superfície do substrato de cerâmica de óxido de alumínio (Al2O3) ou nitreto de alumínio (AlN) por meio de alta temperatura (face única ou dupla face) para formar linhas condutoras e componentes eletrônicos do substrato. Em comparação com os substratos orgânicos tradicionais (como o FR-4), os substratos cerâmicos têm maior condutividade térmica, melhor resistência mecânica, melhor resistência a altas temperaturas e à corrosão, portanto, no campo da embalagem de dispositivos eletrônicos de alta potência, alta frequência e alta confiabilidade, têm vantagens insubstituíveis.
Vantagens do substrato de cerâmica
Forte estresse mecânico, estabilidade de forma, alta resistência específica, alta condutividade térmica, alto isolamento, forte força de ligação, resistência à corrosão, melhor desempenho em ciclos térmicos, número de ciclos de até 50.000 vezes, alta confiabilidade, com a 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.
Materiais comuns de substrato cerâmico e suas vantagens
| Material | Vantagens | Desvantagens | Aplicativos |
|---|---|---|---|
| Alumina (Al2O3) | Baixo custo, alta resistência mecânica, boas propriedades de isolamento, condutividade térmica moderada | Condutividade térmica relativamente baixa | LEDs, módulos de energia, eletrônicos automotivos |
| Nitreto de alumínio (AlN) | Alta condutividade térmica, baixo coeficiente de expansão térmica, boas propriedades de isolamento | Alto custo, difícil de processar | LEDs de alta potência, lasers, dispositivos de micro-ondas |
| Nitreto de silício (Si3N4) | Alta resistência mecânica, baixo coeficiente de expansão térmica, excelente resistência a choques térmicos | Alto custo, condutividade térmica relativamente baixa | Dispositivos eletrônicos de alta temperatura, aeroespaciais |
| Óxido de berílio (BeO) | Condutividade térmica extremamente alta, boas propriedades de isolamento | Alto custo, tóxico | Dispositivos de micro-ondas de alta potência, aeroespaciais |
Processo de fabricação de substrato cerâmico
O processo de fabricação do substrato de cerâmica inclui principalmente o seguinte:
Processo de filme fino: o uso de revestimento a vácuo, fotolitografia, gravação e outros processos na formação de linhas condutoras finas no substrato de cerâmica, adequado para circuitos de alta densidade e alta precisão.
Processo de filme espesso: o uso de serigrafia, sinterização em alta temperatura e outros processos na formação de linhas condutoras em substratos de cerâmica, adequados para circuitos de alta potência e alta corrente.
Processo DBC (Direct Bonded Copper): A folha de cobre é ligada diretamente ao substrato de cerâmica para formar um circuito de alta condutividade térmica e alta confiabilidade, adequado para a embalagem de dispositivos de alta potência.
Processo de brasagem de metal ativo (AMB): a folha de cobre é soldada no substrato de cerâmica usando material de brasagem de metal ativo para formar uma conexão de alta resistência, que é adequada para aplicações que exigem alta confiabilidade.
Precauções
O substrato de cerâmica é um material frágil; no processamento e no uso do processo, é preciso prestar atenção para evitar choques mecânicos. Os substratos cerâmicos de diferentes materiais têm diferentes coeficientes de expansão térmica. No projeto de circuitos, é necessário levar em conta o problema de correspondência térmica e escolher de acordo com os requisitos reais da aplicação.
Áreas de aplicação de substratos cerâmicos
Os substratos de cerâmica são amplamente utilizados nos seguintes campos:
Iluminação LED: Embalagem de chip de LED de alta potência, melhora a eficiência da dissipação de calor e prolonga a vida útil.
Eletrônica de potência:Empacotamento de IGBT, MOSFET e outros dispositivos de energia, melhorando a densidade e a confiabilidade da energia.
Eletrônicos automotivos: módulos de controle do motor, sensores, etc., para melhorar a resistência a altas temperaturas e vibrações.
Aeroespacial: embalagem de dispositivos eletrônicos de alta confiabilidade para atender aos requisitos de uso em ambientes extremos.
Equipamentos de comunicação: Dispositivo de RF, embalagem de dispositivo de micro-ondas, melhora a eficiência da transmissão de sinal.
Com o rápido desenvolvimento das comunicações 5G, veículos de energia nova, inteligência artificial e outros setores emergentes, a crescente demanda por dispositivos eletrônicos de alta potência, alta frequência e alta confiabilidade, o substrato de cerâmica como materiais de embalagem eletrônica de alto desempenho, sua demanda de mercado continuará a se expandir, o setor de substrato de cerâmica dará início a uma perspectiva de desenvolvimento mais ampla.
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