Viele Benutzer von Leiterplatten haben festgestellt, dass Keramikplatten herkömmlichen Platten aus anderen Materialien überlegen sind.Denn sie bieten ein geeignetes Substrat für elektronische Schaltungen mit hoher Wärmeleitfähigkeit und niedrigem Ausdehnungskoeffizienten (CTE).Mehrschichtige Keramik-Leiterplatten sind äußerst vielseitig und können mit einfachem Design und höherer Leistung komplette herkömmliche Leiterplatten ersetzen.Keramische Werkstoffe spielen in elektronischen Bauteilen eine Schlüsselrolle.

Keramische Substrate wie Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid und Tantaloxid sind hochgradig wärmeleitfähige Materialien, die Wärme schnell und effizient von heißen Stellen wegleiten, um Wärme über die gesamte Oberfläche zu verteilen.PCB-Material (FR-4) basiert auf Epoxid und hat eine schlechte Wärmeleitfähigkeit, was zu heißen Stellen führt, was die Lebensdauer der meisten Halbleiterübergänge verkürzt.

Zusätzlich zu den beneidenswerten thermischen Eigenschaften und dem Ausdehnungskoeffizienten können Keramikleiterplatten bei Betriebstemperaturen von bis zu 350 Grad Celsius betrieben werden, was zu kleineren Gehäusegrößen, einer besseren Hochfrequenzleistung und einem abgedichteten Gehäuse führt, das kein Wasser absorbiert.

Je nach Herstellungsverfahren gibt es derzeit drei Grundtypen von keramischen Leiterplattenplatten:

A) Dickschicht-Keramik-Leiterplatte
Dickschicht-Keramik-Leiterplatte: Bei dieser Technologie übersteigt die Dicke der Leiterschicht 10 Mikrometer, was dicker ist als bei der Sprühtechnologie.Der Leiter besteht aus Silber- oder Goldpalladium und ist auf ein Keramiksubstrat gedruckt.Mehr Dickschicht-Keramik-PCB.

B) Dünnfilm-Keramik-Leiterplatte
Keramik-PCB mit Dünnschichttechnologie: Da die Dicke des Widerstands und des Leiterfilms weniger als 10 μm beträgt und der Film auf das Keramiksubstrat gesprüht wird, wird er als Dünnschicht-Keramikplatte bezeichnet.Besser geeignet für Dünnfilm-Keramik-Leiterplatten.

C) DCB-Keramikleiterplatte
Die DCB-Technik (Direct Copper Bonding) stellt ein spezielles Verfahren dar, bei dem eine Kupferfolie und ein Kern (Al2O3 oder AlN) bei geeigneter erhöhter Temperatur und Druck ein- oder beidseitig direkt verbunden werden.Mehr DCB-Keramik-Leiterplatte.

Materialien - Aluminiumnitrid und Aluminiumoxid
Keramische Leiterplatten bestehen in der Regel aus Metallkernen.Für eine hohe Wärmeleitfähigkeit sind Aluminiumnitridplatten ideal, um über 150 W / mK bereitzustellen.Aufgrund des hohen Preises von Aluminiumnitridplatten werden diejenigen, die sich für billigere Keramik-Leiterplatten entscheiden, möglicherweise Aluminiumoxidplatten verwenden, die etwa 18-36 W / mK liefern.Beide Typen bieten eine bessere thermische Leistung als Leiterplatten mit Metallkern, da zwischen dem Kern und der Schaltung keine elektrische Schicht erforderlich ist.

Durch die Verwendung von Silber als Druckmarke – zum Schutz mit Glas abgedeckt – wird die Wärmeleitfähigkeit weiter erhöht (406 W/mK).Andere keramische Materialoptionen umfassen Bornitrid, Tantaloxid und Siliziumkarbid.Aufgrund der hohen Betriebstemperatur werden die Keramikplatten nicht mit OSP, HASL oder anderen herkömmlichen Oberflächenbehandlungen veredelt.Wenn jedoch Silberkorrosion ein Problem sein kann, beispielsweise in einer Umgebung mit hohem Schwefelgehalt, können Sie eine vergoldete Keramikleiterplatte verwenden, um das freiliegende Pad zu schützen.

Wärmeleitfähigkeit von Keramik-Leiterplatten

Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Keramik-Leiterplatten könnte der Hauptgrund dafür sein, dass immer mehr Industrien Keramik in ihren Leiterplatten und Gehäusen verwenden, da dieses Material in dieser Hinsicht erhebliche Vorteile gegenüber Kunststoffen hat.Eine bessere CTE-Anpassung und hermetische Versiegelung werden die Attraktivität dieser Materialien nur erhöhen.Die Herausforderung besteht darin, dass diese Materialien sowie die von Keramik-Leiterplattenherstellern hergestellten Platinen viel teurer sind als herkömmliche Leiterplattenmaterialien, und die Materialien herkömmlicher Leiterplatten können in Massenproduktion stark erhöht werden.Die Vorteile von Keramikplatten und die Notwendigkeit, die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern, sind jedoch so groß, dass Unternehmen in allen relevanten Branchen, die es sich leisten können, Keramikplatten zu verwenden, dies bei Bedarf tun können.

Obwohl wir die Wärmeleitfähigkeit jeder Keramikplatte abschätzen können, variiert der endgültige Wert je nach Herstellungsprozess und Korngröße und -zusammensetzung.

Die beliebteste, trotz der teuren Keramik - Aluminiumnitrid - hat eine Wärmeleitfähigkeit, von der viele Leute denken, dass sie mehr als 150 W / mK beträgt, normalerweise etwa 180 W / mK.Studien haben jedoch Werte gefunden, die bei Raumtemperatur von 80 W/mK bis 200 W/mK reichen, und bei Annäherung an 100 Grad Celsius sinkt der Wert um mehr als ein Drittel.Andere thermische Bereiche, die wir bei Raumtemperatur identifizieren können, umfassen Aluminiumoxid von 18–36 W/mK, Yttriumoxid von 184–300, Bornitrid von 15–600 und Siliziumkarbid von 70–210.

Keramische PCB-Anwendung

Industrien, die Verbindungen mit höheren Frequenzen und eine gute Hitzebeständigkeit erfordern, können von keramischen Leiterplatten profitieren.Zu den wichtigsten Branchen, in denen keramische Leiterplatten eingesetzt werden können, gehören: Hochleistungsschaltungen, Chip-on-Board-Module, Luft- und Raumfahrt- und Hochleistungsgeräte, Automobilindustrie, medizinische Geräte, Schwermaschinen, Hochleistungstransistoren und Transistor-Arrays, Solarzellensubstrate und mehr andere Leistungsanwendungen wie DC-Umwandlung.Und Spannungsregler

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