Zu den gängigen Keramiksubstrattypen gehören:
- PCB aus Aluminiumoxidkeramik: Bietet eine hohe Kosteneffizienz, eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 20–25 W/m·K, eine hervorragende Isolierung und eine hohe mechanische Festigkeit, wodurch sie für die meisten Anwendungen mittlerer bis hoher Leistung geeignet ist.
- Aluminiumnitrid-Keramik-PCB: Wärmeleitfähigkeit von 170–230 W/m·K (und bis zu 300 W/m·K), mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten nahe dem von Silizium, was sie ideal für Hochleistungs-Halbleitergehäuse und Hochfrequenzanwendungen macht.
- Berylliumoxid-Keramik-Leiterplatte: Extrem hohe Wärmeleitfähigkeit (209–330 W/m·K), übertroffen nach Diamant, geeignet für Gehäuse bei extrem hohen Temperaturen und hoher Dichte. Bei der Verarbeitung sind strenge Sicherheitsmaßnahmen erforderlich.
- Dickschicht-Keramik-PCB: Verwendet im Siebdruckverfahren hergestellte Dickschicht--Leiterpaste, die zur Bildung von Schaltkreisen gesintert wird. Beständig gegen hohe Temperaturen und Korrosion, geeignet für Anwendungen mit hoher -Zuverlässigkeit.
- Einseitige Keramik-PCB im Vergleich zu mehrschichtigen Keramik-PCB: Einseitige Platinen bieten eine einfachere Struktur und geringere Kosten; Mehrschichtige Designs ermöglichen komplexere Verbindungen, die häufig in High-End-Leistungsmodulen verwendet werden.
In einigen Hochleistungsdesigns werden Keramiksubstrate mit Leiterplatten-Schwerkupferprozessen kombiniert, wodurch die Kupferdicke erhöht wird (z. B. 3 oz–10 oz), um die Stromkapazität und Wärmeableitung deutlich zu verbessern.
Herstellungsprozesse und Leistungsvorteile
Keramische Leiterplatten können mit verschiedenen Verfahren hergestellt werden, die jeweils für unterschiedliche Dicken-, Präzisions- und Kostenanforderungen geeignet sind
DPC (Direkt plattiertes Kupfer)
PVD + Galvanikverfahren, Kupferdicke 10–140 μm, ideal für hochpräzise Schaltkreise.
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DBC (Direct Bonded Copper)
Oxidationsbindung von Kupfer an Keramik, Kupferdicke bis zu 140–350 μm, geeignet für Leiterplattendesigns aus schwerem Kupfer.
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LTCC (Low-Co-gebrannte Keramik)
Gesintert bei 850–900 Grad, geeignet für Mehrschichtschaltungen und Hochfrequenzanwendungen.
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HTCC (Hochtemperatur-Co-gebrannte Keramik)
Gesintert bei 1600–1700 Grad, geeignet für Umgebungen mit hohen Temperaturen.
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Dickschichtverfahren
Drucken von Leiter-/Dielektrikumschichten auf ein Keramiksubstrat und anschließendes Sintern bei hoher Temperatur.
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Kernleistungsvorteile
- Hohe Wärmeleitfähigkeit (25–330 W/m·K), weit über FR-4 (ca. . 0.8–1 W/m·K)
- Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient, wodurch die Ermüdung der Lötstelle durch Temperaturwechsel verringert wird
- Hervorragende Isolierung schützt Komponenten vor Hitzeschäden
- Korrosions- und Hochtemperaturbeständigkeit, stabiler Betrieb bis 800 Grad
- Kann mit der Dickkupfer-PCB-Technologie kombiniert werden, um die Leistungsdichte und Zuverlässigkeit zu erhöhen
Typische Anwendungen
- Leistungselektronik: IGBT-Module, MOSFET-Treiberplatinen, Wechselrichter und andere Hochleistungsmodule
- LED-Beleuchtung: Hochleistungs-LED-Substrate zur Verlängerung der Lebensdauer der Lichtquelle
- HF/Mikrowelle: Antennenarrays, Leistungsverstärkermodule
- Automobilelektronik: Motorsteuerungen, Fahrzeugradar, Leistungstreibermodule
- Medizinische Geräte: Hochpräzise Bildgebungssonden, Lasertreiberplatinen
In diesen Anwendungen kann die Kombination von Keramik-Leiterplatten mit der Schwerkupfer-Leiterplattentechnologie das Wärmemanagement und die elektrische Stabilität des Systems erheblich verbessern und so die Lebensdauer der Geräte verlängern.
Überlegungen zu Design und Herstellung
- Passen Sie die Kupferdicke und die Leiterbahnbreite an, um Stromkapazität und Wärmeableitung auszugleichen
- Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit (z. B. AlN, BeO) eignen sich für Anwendungen mit hoher-Leistungsdichte und hoher-Frequenz, erfordern jedoch Kostenkompromisse-
- Zwischenschichtverbindungen in mehrschichtigen Keramik-Leiterplatten erfordern eine präzise Kontrolle der Sinterschrumpfung
- Bei Hochstromdesigns kann die Integration von Schwerkupfer-PCB-Prozessen die Zuverlässigkeit weiter verbessern
- Berücksichtigen Sie die Sprödigkeit von Keramik bei der Plattenform und dem Montagedesign
Zusammenfassung
Ganz gleich, ob es sich um eine Leiterplatte mit Keramiksubstrat oder eine Leiterplatte aus Aluminiumoxidkeramik handelt, der Kernwert einer Leiterplatte aus Keramik liegt in der Bereitstellung robuster physikalischer und elektrischer Unterstützung für Anwendungen mit hohem Wärmefluss, hoher -Frequenz und hoher -Zuverlässigkeit. Bei technischen Projekten, bei denen die Leistungsgrenzen überschritten werden, ist eine Keramikleiterplatte nicht nur eine Materialwahl, sondern ein Schlüsselfaktor für die Systemstabilität.
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