La differenza tra PCB ceramici e PCB FR4 tradizionali
Prima di discutere questo argomento, capiamo innanzitutto cosa sono i PCB ceramici e cosa sono i PCB FR4.
Il circuito stampato in ceramica si riferisce a un tipo di circuito stampato basato su materiali ceramici, noto anche come PCB in ceramica (circuito stampato). A differenza dei comuni substrati in plastica rinforzata con fibra di vetro (FR-4), i circuiti stampati in ceramica utilizzano substrati ceramici, che possono fornire maggiore stabilità alla temperatura, migliore resistenza meccanica, migliori proprietà dielettriche e maggiore durata. I PCB ceramici vengono utilizzati principalmente in circuiti ad alta temperatura, alta frequenza e alta potenza, come luci a LED, amplificatori di potenza, laser a semiconduttore, ricetrasmettitori RF, sensori e dispositivi a microonde.
Il circuito stampato si riferisce a un materiale di base per componenti elettronici, noto anche come PCB o circuito stampato. È un supporto per assemblare componenti elettronici stampando modelli di circuiti metallici su substrati non conduttivi e quindi creando percorsi conduttivi attraverso processi come corrosione chimica, rame elettrolitico e perforazione.
Quello che segue è un confronto tra CCL in ceramica e CCL FR4, comprese le loro differenze, vantaggi e svantaggi.
| Caratteristiche | CCL in ceramica | FR4CCL |
| Componenti materiali | Ceramica | Resina epossidica rinforzata con fibra di vetro |
| Conduttività | N | E |
| Conducibilità termica (W/mK) | 10-210 | 0,25-0,35 |
| Gamma di spessore | 0,1-3 mm | 0,1-5 mm |
| Difficoltà di elaborazione | Alto | Basso |
| Costi di produzione | Alto | Basso |
| Vantaggi | Buona stabilità alle alte temperature, buone prestazioni dielettriche, elevata resistenza meccanica e lunga durata | Materiali convenzionali, basso costo di produzione, facile lavorazione, adatti per applicazioni a bassa frequenza |
| Svantaggi | Costo di produzione elevato, lavorazione difficile, adatto solo per applicazioni ad alta frequenza o ad alta potenza | Costante dielettrica instabile, grandi variazioni di temperatura, bassa resistenza meccanica e suscettibilità all'umidità |
| Processi | Attualmente esistono cinque tipi comuni di CCL termici ceramici, tra cui HTCC, LTCC, DBC, DPC, LAM, ecc. | Scheda portante IC, scheda Rigid-Flex, scheda HDI interrata/cieca tramite, scheda a lato singolo, scheda a doppio lato, scheda multistrato |
PCB ceramico
Campi di applicazione di diversi materiali:
Ceramica di allumina (Al2O3): ha un eccellente isolamento, stabilità alle alte temperature, durezza e resistenza meccanica per essere adatto a dispositivi elettronici ad alta potenza.
Ceramica al nitruro di alluminio (AlN): con elevata conduttività termica e buona stabilità termica, è adatta per dispositivi elettronici ad alta potenza e campi di illuminazione a LED.
Ceramica di zirconio (ZrO2): con elevata robustezza, elevata durezza e resistenza all'usura, è adatta per apparecchiature elettriche ad alta tensione.
Campi di applicazione di diversi processi:
HTCC (ceramica co-fired ad alta temperatura): adatta per applicazioni ad alta temperatura e alta potenza, come elettronica di potenza, aerospaziale, comunicazione satellitare, comunicazione ottica, apparecchiature mediche, elettronica automobilistica, petrolchimica e altre industrie. Esempi di prodotti includono LED ad alta potenza, amplificatori di potenza, induttori, sensori, condensatori di accumulo di energia, ecc.
LTCC (ceramica co-fired a bassa temperatura): adatta per la produzione di dispositivi a microonde come RF, microonde, antenne, sensori, filtri, divisori di potenza, ecc. Inoltre, può essere utilizzata anche in ambito medico, automobilistico, aerospaziale, delle comunicazioni, elettronica e altri campi. Esempi di prodotti includono moduli a microonde, moduli antenna, sensori di pressione, sensori di gas, sensori di accelerazione, filtri a microonde, divisori di potenza, ecc.
DBC (Direct Bond Copper): adatto per la dissipazione del calore di dispositivi a semiconduttore ad alta potenza (come IGBT, MOSFET, GaN, SiC, ecc.) con eccellente conduttività termica e resistenza meccanica. Esempi di prodotti includono moduli di potenza, elettronica di potenza, controller per veicoli elettrici, ecc.
DPC (circuito stampato multistrato in rame a piastra diretta): utilizzato principalmente per la dissipazione del calore di luci LED ad alta potenza con caratteristiche di alta intensità, elevata conduttività termica ed elevate prestazioni elettriche. Esempi di prodotti includono luci a LED, LED UV, LED COB, ecc.
LAM (Laser Activation Metallization for Hybrid Ceramic Metal Laminate): può essere utilizzato per la dissipazione del calore e l'ottimizzazione delle prestazioni elettriche in luci LED ad alta potenza, moduli di potenza, veicoli elettrici e altri campi. Esempi di prodotti includono luci a LED, moduli di alimentazione, driver di motori per veicoli elettrici, ecc.
Scheda FR4
Le schede portanti IC, le schede Rigid-Flex e le schede HDI cieche/interrate sono tipi di PCB comunemente utilizzati, che vengono applicati in diversi settori e prodotti come segue:
Scheda portante IC: è un circuito stampato comunemente utilizzato, utilizzato principalmente per il test e la produzione di chip in dispositivi elettronici. Le applicazioni comuni includono la produzione di semiconduttori, la produzione elettronica, il settore aerospaziale, militare e altri campi.
Scheda Rigid-Flex: è una scheda in materiale composito che combina FPC con PCB rigido, con i vantaggi sia dei circuiti flessibili che di quelli rigidi. Le applicazioni comuni includono elettronica di consumo, apparecchiature mediche, elettronica automobilistica, aerospaziale e altri campi.
HDI cieco/sepolto tramite scheda: è un circuito stampato di interconnessione ad alta densità con una densità di linea maggiore e un'apertura più piccola per ottenere un imballaggio più piccolo e prestazioni più elevate. Le applicazioni comuni includono comunicazioni mobili, computer, elettronica di consumo e altri campi.