Entre las múltiples opciones de PCB, dos tipos se usan ampliamente. Uno es sustrato de placa de circuito impreso de cerámicay el otro es PCB de sustrato de alúmina. En este artículo, veremos cada característica y beneficio en detalle.
La placa de circuito impreso de cerámica es de gran utilidad para el montaje técnico por sus múltiples características y beneficios. Esta placa de circuito impreso tiene un material base cerámico de nitruro de aluminio u óxido de berilio que puede transmitir rápidamente el calor lejos de las áreas calientes y disiparlo por toda la superficie de la placa.
La conductividad térmica de 9-20 W/m se usa para hacer sustrato de placa de circuito impreso de cerámica, una mezcla de polvo cerámico y un aglomerante orgánico. La tecnología LAM, una técnica de metalización de activación rápida por láser, produce PCB de cerámica y otros materiales. Por lo tanto, la placa de circuito impreso de cerámica es muy adaptable y puede reemplazar toda la placa de circuito impreso convencional con una estructura más sencilla y un mejor rendimiento.
La cerámica ofrece una ventaja significativa sobre el FR-4 y los PCB revestidos de metal en términos de disipación de calor. Debido a que no existe una capa de aislamiento entre los componentes y los tableros, se mejora mucho el paso del calor a través de los paneles. Hay opciones de compatibilidad adicionales disponibles para Diseño de PCB debido a las altas temperaturas de trabajo del material cerámico (hasta 350 °C) y su coeficiente de expansión térmica (CTE) relativamente bajo.
Características del sustrato de PCB de cerámica
La conductividad térmica, la conductividad eléctrica y la conductividad térmica son características de las PCB de cerámica. Otros beneficios son los siguientes:
- Excelente capacidad para transferir calor.
- Prevenir la erosión química
- Se requiere una resistencia a la tracción mecánica equivalente
- El rastreo de alta densidad debe ser simple de implementar
- Compatibilidad con los componentes de CTA
- Veamos sus beneficios en detalle.
- Expansión excesiva de calor.
El alto coeficiente térmico de expansión de sustrato de placa de circuito impreso de cerámica es una de las razones de su uso generalizado en la industria electrónica. La conductividad térmica de la base cerámica se deriva del hecho de que está cerca del silicio y, al mismo tiempo, está por debajo de los metales de conexión más utilizados. Como resultado, pueden servir como aisladores de larga duración. Incluso a altas temperaturas, la conductividad térmica sólida de la PCB cerámica la hace adecuada para muchas aplicaciones.
- Estabilidad
El uso de cerámica aumenta la aplicación de dispositivos electrónicos ya que tiene una propiedad dieléctrica constante y una pérdida mínima de radiofrecuencia. Más que eso, la cerámica posee una resiliencia intrínseca a la mayoría de los productos químicos debido a la placa base de cerámica, a pesar de su aparente dureza. El nuevo estándar para la resistencia química será resistir la humedad, los solventes y los consumibles regulares en lugar de solo los productos químicos.
- Versatilidad
Muchas aplicaciones que requieren un alto punto de fusión se pueden lograr utilizando PCB con núcleo de metal. Debido a la técnica de sinterización, las pastas de metales nobles pueden ser conductores muy fiables. Sin duda, las placas de circuito impreso de cerámica tienen un impacto en las altas temperaturas de procesamiento, ya que existe una variedad de dispositivos que se adaptan a un rango de temperaturas de funcionamiento. Además, proporciona una conductividad térmica y una dispersión del calor superiores a varias partes de un dispositivo, lo cual es notable.
- Durabilidad
Como sabrá, la fabricación de PCB de cerámica tiene una larga vida útil. Puede estar seguro de que su tablero no se dañará con el uso normal gracias a las características críticas de la cerámica, particularmente su dureza. Los PCB cerámicos tienen una tasa de deterioro mucho más lenta que los PCB basados. Por lo tanto, pueden intercambiarse a voluntad. Debido a que se puede cambiar para que se descomponga a un ritmo más lento, se prolonga la vida útil del material.
- Adaptabilidad
Por último, pero no menos importante, el uso de un núcleo de metal en sustrato de placa de circuito impreso de cerámicaEl diseño de es uno de los beneficios más importantes de esta tecnología. Puede convertirse en transportadores rígidos. Esto hace que sea fácil de usar entre fluidos y sólidos, ya que la rugosidad y la resistencia al desgaste son excelentes, por lo que se puede utilizar en muchas posiciones industriales.
PCB de sustrato de alúmina y sus características
El óxido de alúmina es uno de los materiales de sustrato más rentables y comúnmente utilizados en aplicaciones microelectrónicas. Los sustratos brindan excelentes cualidades de aislamiento eléctrico, resistencia mecánica, conductividad térmica superior, resistencia química y estabilidad dimensional.
PCB de sustrato de alúmina tiene un diseño comparable al de cualquier otra placa de circuito impreso. Está cubierto con cobre, una máscara de soldadura y una serigrafía. Las placas de circuito de aluminio, por otro lado, tienen un sustrato de metal en lugar de uno de fibra de vidrio o plástico. La mayor parte de su base está hecha de aluminio. La fibra de vidrio y el aluminio se pueden usar junto con el metal para formar el núcleo metálico, o el núcleo metálico se puede fabricar completamente de metal. Los PCB de aluminio de un solo lado son comunes, aunque también hay disponibles versiones de dos lados. Es muy difícil hacer PCB de aluminio multicapa.
Los circuitos de conversión de energía y LED son las aplicaciones más comunes para las placas de aluminio. Los LED generan mucho calor, que el aluminio puede disipar alejándolo de los componentes. Una PCB de aluminio mejora la vida útil del dispositivo LED y ofrece más estabilidad. Los sustratos de aluminio se utilizan en farolas, semáforos e incluso en la iluminación de tu hogar. Permiten cambiar las corrientes y regular la electrónica mediante convertidores de potencia. Los PCB de aluminio también son utilizados por creadores de muchas otras industrias, aunque no con tanta frecuencia.
Beneficios de usar PCB de sustrato de alúmina
Los PCB de aluminio se encuentran entre los materiales más conductores del calor disponibles. Se debe desviar la mayor cantidad de calor posible de los componentes críticos del circuito para minimizar el daño del circuito. Pueden soportar mayores densidades de circuitos y mayores potencias debido a su fuerte tolerancia al calor. Físicamente, las aleaciones de aluminio son muy duraderas, lo que reduce el peligro de fractura. El aluminio tiene un efecto ambiental menor que otros metales y un costo justo.
PCB de sustrato de alúmina, por el contrario, suelen tener un uso más especializado que las placas convencionales. Son más caros que los PCB regulares sin tales componentes, pero son menos costosos que agregar conductores a un tablero de cobre. Una aplicación de alta temperatura puede no justificar el gasto de un núcleo de aluminio. Los PCB flexibles de aluminio solo pueden doblarse en su posición inicial si desea crear un circuito flexible. Aunque puede doblarse para encajar en dispositivos eléctricos más pequeños, no puede soportar el estrés causado por vibraciones de ningún tipo.
Comparación entre diferentes materiales
Al elegir un sustrato para su tablero, tenga en cuenta varias variables. Las aplicaciones que requieren una disipación de calor significativa se atienden mejor con PCB con núcleo de aluminio. En comparación con las PCB ordinarias, estas características permiten una mayor potencia y densidades en el diseño. Los tableros con sustratos no metálicos, por otro lado, pueden ser preferibles para los diseñadores con un presupuesto más ajustado.
En los tableros de PCB regulares, se emplean tableros de resina epoxi y fibra de vidrio. Las reacciones químicas son propensas a ocurrir bajo la irradiación de rayos cósmicos, modificando su estructura molecular y deformando el producto. Esta es la razón por la que no se puede utilizar en aviones.
En comparación con la cerámica, los sustratos de PCB convencionales tienen menor densidad y menos peso, lo que favorece el transporte a larga distancia. Los tableros de resina epoxi tienen una gran resiliencia y no son quebradizos.
Sin embargo, las placas de circuito impreso típicas no pueden resistir altas temperaturas. El punto de ignición del PCB de papel es de unos 130 °C, que es bastante bajo. Incluso con la adición de materiales resistentes a altas temperaturas, no puede modificar sus cualidades de resistencia a altas temperaturas. El punto de ignición de la mayoría de las resinas epoxi es de aproximadamente 200°C, y su resistencia a altas temperaturas también es relativamente baja.
LA PCB de sustrato de alúmina es muy fuerte mecánicamente, está bien aislado y es resistente a la luz. Se utiliza con frecuencia en sustratos cerámicos de cableado multicapa, empaques electrónicos y sustratos para empaques de alta densidad.
Preguntas frecuentes
- ¿Por qué se utiliza el aluminio en la fabricación de placas de circuito?
El aluminio puede alejar el calor de los componentes críticos, lo que reduce el impacto perjudicial en la placa de circuito. Las bases de aluminio dan un producto con fuerza y longevidad que las bases de cerámica o fibra de vidrio no pueden.
- ¿Cómo diferenciar entre PCB y un sustrato?
Hay una clara distinción en los materiales utilizados entre los dos. Una placa de aluminio es el componente principal de un sustrato de aluminio, mientras que el cobre es el componente principal de una placa PCB. La sustancia PP del sustrato de aluminio lo hace único con una disipación de calor mejorada.
- ¿Cuál es el proceso de fabricación de las placas de circuito impreso de cerámica?
El vidrio de cristal y el material adhesivo se combinan con pasta de oro sobre láminas de metal para crear PCB de cerámica de cocción conjunta a baja temperatura en lugar de HTCC. A continuación, el circuito se corta en rodajas y se lamina antes de calentarlo en un horno gaseoso a unos 900 grados centígrados.
- ¿Cuál es la definición de sustrato cerámico?
Un sustrato cerámico es un tipo de tablero de proceso en el que la lámina de cobre se une directamente a la superficie (lado simple o doble) de un sustrato cerámico de alúmina (Al2O3) o nitruro de aluminio (AlN) a altas temperaturas.
Para Concluir
Ambos sustrato de placa de circuito impreso de cerámica e PCB de sustrato de alúmina tienen sus propias ventajas. Debido a la alta conductividad térmica y al bajo coeficiente de expansión, la placa de circuito impreso de cerámica supera a las placas de circuito impreso estándar en varias aplicaciones. También es más adaptable, más simple de fabricar y confiable (CTE).
Sustrato de cerámica para PCB solo se pueden encontrar en artículos de alta calidad, pero están ausentes en la mayoría de los demás productos. Las placas de circuito impreso se están reemplazando con cerámica para simplificar la fabricación y el diseño y, al mismo tiempo, aumentar el rendimiento. Por otro lado, los sustratos de aluminio se usan ampliamente en luces LED de todos los tamaños debido a su excelente conductividad térmica y costo razonable.
