PCB de cerámica: fiabilidad basada en datos en gestión térmica extrema
En la electrónica de alta potencia, el calor no es solo un problema, sino un punto de falla. Cuando la densidad de potencia excede... 20 W/cm², Los sustratos orgánicos como el FR-4 actúan como aislantes en lugar de conductores, lo que provoca una rápida degradación del dispositivo. Nuestras soluciones de PCB cerámicas (Al₂O₃ y AlN) convierten el sustrato en un componente de gestión térmica activa.
En ingeniería electrónica, la disipación de calor es una métrica física precisa, más que un concepto descriptivo. Cuando la densidad de potencia excede... 20 W/cm², Las propiedades físicas del sustrato determinan directamente la tasa de falla del producto y la tasa de retorno al campo.
1. Caso práctico: Análisis de fallos térmicos en la estación base 5G PA
Fondo: Un ingeniero de RF utilizó placas de PTFE de alta frecuencia en un diseño de módulo mmWave 5G.
Problema: Después de 15 minutos de funcionamiento, la temperatura de la unión del chip alcanzó 115°C, lo que provoca una desviación significativa de la ganancia de la señal y desencadena un apagado térmico.
Solución: Sustrato reemplazado con Nitruro de aluminio (AlN) de 0,5 mm PCB de cerámica.
Comparación de conductividad térmica:
PTFE (relleno): ~0,6-0,8 W/m·K
Sustrato de AlN: 180 W/m·K
Resultado: Con una entrada de potencia idéntica, la temperatura de la unión cayó de 115 °C a 68°C.
Ganancia de confiabilidad: Una reducción de 47 °C en la temperatura se correlaciona con una Extensión 4.5x en la vida útil del dispositivo según el modelo de Arrhenius.
[Insertar Figura 1: Comparación de imágenes térmicas]
Izquierda: Sustrato FR-4/PTFE que muestra puntos calientes localizados (rojo/violeta).
Bien: Sustrato de AlN que muestra una rápida propagación del calor (azul/verde), eliminando la acumulación de calor.
2. Capacidad del proceso: Precisión micrométrica de DPC (película delgada)
Para los sensores que requieren vías perforadas con láser o circuitos de líneas finas, la impresión tradicional de película gruesa o el mecanizado mecánico son insuficientes.
Datos de adhesión: El DPC (cobre revestido directamente) utiliza pulverización catódica al vacío; resistencia de adhesión de metal a cerámica > 1,2 kg/cm.
Métricas de precisión:
Mínimo rastro/espacio: 20μm / 20μm (Admite unión de hilos de oro de alta densidad).
Vía Capacidad: Diámetro mínimo de perforación láser 0,05 mm (50 μm).
Rugosidad superficial (Ra): Posprocesamiento Ra <0,1 μm, reduciendo significativamente las pérdidas por "efecto piel" en señales de alta frecuencia.
[Insertar Figura 2: Sección transversal microscópica del circuito DPC]
Enfoque visual: Interfaz estrecha entre cobre y cerámica; vías rellenas de cobre sólido 100%.
3. Electrónica de potencia: durabilidad del cobre unido directamente (DBC)
En los inversores EV o módulos IGBT, el sustrato cerámico funciona como disipador de calor y aislante de alto voltaje.
Rigidez dieléctrica: El sustrato de alúmina de 0,635 mm proporciona voltaje de ruptura > 15 kV.
Prueba de carga actual:
Ventaja de espesor: El espesor del cobre DBC se puede personalizar hasta 300 μm (9 oz).
Datos empíricos: Bajo una sobretensión transitoria de corriente de 300 A, el aumento de temperatura permanece por debajo de 10°C, evitando la fatiga térmica en el módulo de potencia.
[Insertar Figura 3: Desglose de la estructura de la capa DBC]
Enfoque visual: Cobre grueso - Aislante cerámico - Capas de cobre grueso con indicaciones de dimensión.
4. Restricciones objetivas en la fabricación de PCB de cerámica
Para evitar trampas de costos en la etapa de diseño, los ingenieros deben considerar las siguientes limitaciones físicas:
Límites dimensionales: Debido a la fragilidad de la cerámica, los tamaños de los paneles suelen estar restringidos a 114 mm x 114 mm o 138 mm x 190 mm. Los paneles más grandes aumentan el riesgo de microfisuras durante la logística y el montaje.
Diseño de singularización: La puntuación V tradicional no es aplicable. Trazado láser o se requiere un corte láser completo para evitar que las microfracturas del borde se expandan durante el ciclo térmico.
Tiempo de entrega: El suministro de material para grados cerámicos específicos demora entre 3 y 5 días. Con un procesamiento especializado, el plazo de entrega estándar es de 10-15 días laborables.
Resumen: Requisitos para una cotización precisa
Para recibir una revisión y cotización DFM (Diseño para Fabricación), proporcione los siguientes datos técnicos:
Material: ¿Al₂O₃ (96% o 99%) o AlN?
Espesor del sustrato: ¿0,38 mm/0,5 mm/0,635 mm/1,0 mm?
Proceso: ¿DPC (alta precisión) o DBC (alta corriente)?
Peso del cobre: ¿35 μm, 70 μm o 300 μm+?
Requisitos especiales: ¿Vías rellenas de cobre o acabados superficiales específicos (ENIG/ENEPIG)?
