Keraamisten piirilevyjen/keraamisten piirilevyjen edut, haitat ja sovellukset

Keraamiset piirilevyt , jotka tunnetaan myös keraamisina substraatteina, ovat piirilevyjä, jotka on valmistettu keraamisista materiaaleista, kuten alumiinioksidista, alumiininitridistä, berylliumoksidista ja piinitridistä, kantajana. Keraamiset piirilevyt eroavat perustavanlaatuisesti tavallisista FR-4-substraateista ja niitä käytetään todennäköisemmin korkean teknologian elektroniikassa ja teollisuudessa. Tämä artikkeli tarjoaa kattavan yleiskatsauksen keraamisista piirilevyistä.

1. Keskeiset edut

1) Erinomainen lämmönjohtavuus: Tämä on keraamisten piirilevyjen tärkein etu. Keraamisten materiaalien (erityisesti alumiininitridin, AlN:n) lämmönjohtavuus on paljon korkeampi kuin muilla perinteisillä alustoilla, mikä mahdollistaa nopean lämmönhukkaisuuden, alentaa joidenkin komponenttien käyttölämpötilaa ja parantaa merkittävästi luotettavuutta ja suorituskykyä.

2) Lämpölaajenemiskertoimen sovittaminen siruihin: Monet tehokkaat puolijohdesirut (kuten GaN, SiC) käyttävät alustana piitä tai piikarbidia. Keraamien (erityisesti AlN:n) lämpölaajenemiskerroin on hyvin lähellä näitä materiaaleja. Äärimmäisten lämpötilan muutosten aikana se voi vähentää sirun ja alustan välistä jännitystä, estää juotosliitosten halkeilua, parantaa tuotteen käyttöikää ja lämmönvaihteluiden kestävyyttä.

3) Erinomaiset ominaisuudet:

● Korkea eristyskestävyys ja korkeajännitteisten läpilyöntien kestävyys, sopii korkeajännitesovelluksiin.

● Alhainen dielektrisyysvakio ja dielektrisyyshäviö, mikä johtaa pieneen signaalinsiirtohäviöön ja pieneen viiveeseen korkeilla taajuuksilla (RF/mikroaaltouunit) ja vakaaseen suorituskykyyn.

4) Korkea mekaaninen lujuus ja stabiilius: Keraamiset materiaalit ovat kovia, tiheitä, kulutusta kestäviä, korroosionkestäviä ja muodonmuutoksia kestäviä, ja ne tarjoavat luotettavan vakauden ankarissa mekaanisissa ja kemiallisissa ympäristöissä.

5) Korkea hermeettisyys: Keraaminen itsessään on ilmatiivis ja kosteutta kestävä, mikä tarjoaa erinomaisen suojan sisäisille piireille ja siruille, sopii hermeettisesti suljettuihin pakkauksiin luotettavasti.

6) Soveltuu tiheästi asennettaviin rakenteisiin: Ohutkalvo- tai paksukalvoprosesseilla voidaan keraamisille alustoille painaa hyvin pieniä piirejä, mikä saavuttaa tiheän yhteenliittämisen.

2. Haitat

1) Korkeat kustannukset: Keraamisten materiaalien, käsittelylaitteiden (kuten laserporauksen ja korkean lämpötilan sintrauksen) kustannukset ja prosessitekniikan monimutkaisuus ovat huomattavasti korkeammat kuin tavallisilla piirilevyillä, mikä johtaa erittäin korkeaan yksikköhintaan.

2) Suuri hauraus ja hauraus: Tämä on keraamisten materiaalien luontainen ominaisuus. Ne ovat alttiita murtumaan mekaanisen voiman, taivutuksen tai epätasaisen rasituksen vaikutuksesta, joten kuljetuksen ja kokoonpanon aikana on oltava erittäin varovainen.

3) Rajallinen koko: Sintrausprosessin vuoksi suuret keraamiset alustat ovat alttiimpia muodonmuutoksille ja halkeilulle valmistusprosessin aikana, joten niiden koko on pienempi ja niitä on vaikeampi valmistaa suuremmissa koossa kuin tavallisia piirilevyjä.

4) Vaikea valmistaa:

● Poraus: Keramiikan suuren kovuuden vuoksi läpireiät on yleensä porattava laserilla, mikä on kallista, hidasta ja aiheuttaa enemmän virheitä.

● Jälkikäsittelyn jälkeiset muutokset eivät ole mahdollisia: Sintrauksen jälkeen piirejä ei voida muokata kuten tavallisia piirilevyjä.

3. Sovellukset (edullisten ominaisuuksien soveltaminen) 

Keraamisia piirilevyjä käytetään pääasiassa aloilla, joilla on korkeat vaatimukset suorituskyvylle, luotettavuudelle ja lämmönhukkaukselle:

1) Suurtehoelektroniikka ja autoelektroniikka:

● IGBT-moduulit, SiC/GaN-teholaitteet: sähkökäyttöiset invertterit uusiin energialähteisiin tarkoitetuille ajoneuvoille, teholaturit.

● Teollisuuden taajuusmuuttajat, UPS-keskeytymättömät virtalähteet ja tehomoduulit suurjänniteverkossa (HVDC).

2) Kirkkaat LEDit ja puolijohdevalaistus: LED-kotelointialustat, erityisesti suuritehoiset COB-kotelot. Erinomainen lämmönhukka on ratkaisevan tärkeää LEDien valotehokkuuden, käyttöiän ja valon hajoamisen kannalta.

3) RF/mikroaaltouunien ja puolijohteiden pakkaukset:

● RF-tehovahvistimet 5G/6G-tietoliikenteen tukiasemissa, mikroaalto- ja millimetriaaltolaitteissa sekä vaiheohjatuissa antenneissa.

● Mikroaaltointegroidut piirit ja satelliittiviestintälaitteet.

● Monisirumoduulien sirupakkaukset ja alustat.

4) Ilmailu- ja avaruusteollisuus: Tutkajärjestelmät, elektroniset vastatoimenpidelaitteet ja ohjusohjausjärjestelmät. Näiden on kestettävä äärimmäisiä lämpötilanmuutoksia, voimakasta tärinää ja voimakkaita iskuja.

5) Laserit ja optoelektroniset laitteet: Jäähdytyselementit ja piirilevyt suuritehoisille puolijohdelasereille, jotka varmistavat vakaan laserin lähdön.

6) Anturit ja korkean lämpötilan elektroniikka: Korkean lämpötilan paineanturit, kiihtyvyysanturit ja muut MEMS-laitteet, koska keraamit itsessään kestävät korkeita lämpötiloja.

4. Erilaisten keraamisten alustojen vertailu

Yhteenvetona

Keraamiset piirilevyt valmistetaan ja on tarkoitettu erikoisvaatimusten täyttämiseen. Niiden materiaaliominaisuudet määrittävät niiden erinomaisen lämmönpoiston, vakauden ja luotettavuuden, mutta monimutkainen valmistusprosessi johtaa myös korkeisiin kustannuksiin. Vakaina ja luotettavina piirilevyinä elektronisille laitteille äärimmäisissä työolosuhteissa ja -ympäristöissä, ne ovat paljon parempia kuin perinteiset piirilevyt ja niitä käytetään nykyaikaisissa, tehokkaissa elektronisissa järjestelmissä, joissa on suurempi teho, korkeampi taajuus, pienempi koko ja erinomainen luotettavuus.

Benlida on erikoistunut piirilevyjen valmistukseen 14 vuoden ajan. Se on keskittynyt laatuun, päivittänyt prosessejaan jatkuvasti ja tarjonnut asiakaslähtöistä palvelua asettaen laadun etusijalle. Jos tarvitset keraamisia piirilevyjä, ota yhteyttä Benlidaan saadaksesi lisätietoja!