Aluminiumoxide PCB's verbeteren thermisch beheer in elektronica

In industrieën waar hoge temperaturen, hoge frequenties en zware omstandigheden de norm zijn, schieten conventionele printplaten (PCB's) vaak tekort. Aluminiumoxide (Al₂O₃) keramische PCB's zijn uitgegroeid tot een superieur alternatief en bieden uitzonderlijke thermische, elektrische en mechanische eigenschappen. Met een samenstelling van 96% aluminiumoxide worden deze keramische substraten steeds vaker toegepast in uiteenlopende toepassingen, van LED-verlichting tot medische apparaten.

Alumina 96% keramiek is het meest gebruikte materiaal voor keramische PCB's en verpakkingen vanwege de uitgebalanceerde prestaties en kosteneffectiviteit. De opmerkelijke eigenschappen zijn onder meer:

• Thermisch beheer:Met een thermische geleidbaarheid van 22–24 W/mK dissipeert aluminiumoxide op efficiënte wijze de warmte of maakt het een uniforme verwarming mogelijk, wat van cruciaal belang is voor vermogenselektronica en LED's met hoge helderheid.
• Compatibiliteit met hoge frequentie:Lage diëlektrische constante (9,8 bij 1 MHz) en minimaal diëlektrisch verlies garanderen signaalintegriteit in RF- en microgolftoepassingen.
• Mechanische robuustheid:Een buigsterkte van 400 MPa en een waterabsorptie van bijna nul (0%) maken het ideaal voor ruige omgevingen en hermetische verpakkingen.
• Thermische stabiliteit:Werkt tot 350°C met een lage thermische uitzettingscoëfficiënt (6–8 ppm/°C), waardoor de soldeerverbindingsspanning wordt verminderd.

De veelzijdigheid van PCB's van aluminiumoxide maakt hun gebruik op gespecialiseerde gebieden mogelijk:

• LED-verlichting:Hoge reflectiviteit (94%) en thermische dissipatie verbeteren de helderheid en levensduur.
• Medische elektronica:Biocompatibiliteit en betrouwbaarheid voldoen aan strenge veiligheidsnormen voor implanteerbare en diagnostische apparaten.
• Vermogenselektronica:Kan hoge stroomdichtheden aan in motoraandrijvingen en stroomomvormers.
• Lucht- en ruimtevaart en automobielsector:Bestand tegen trillingen, thermische cycli en corrosieve omgevingen.

Er worden twee primaire methoden gebruikt om aluminiumoxidesubstraten te metalliseren:

• Afdrukken op dikke film:Maakt gebruik van zilver (Ag) pasta's, geschikt voor meerlaagse ontwerpen en toepassingen bij hoge temperaturen.
• Direct geplateerd koper (DPC):Galvaniseert koper (Cu) voor superieure geleiding, bij voorkeur voor circuits met hoog vermogen en hoge frequentie.

Oppervlakteafwerkingen zoals ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) of op glas gebaseerde soldeermaskers verbeteren de duurzaamheid verder, vooral in zwavelrijke omgevingen.

Hoewel PCB's van aluminiumoxide overeenkomsten vertonen met traditionele FR4-kaarten, moeten ontwerpers rekening houden met:

• Thermische uitzetting komt niet overeen:Zorg voor compatibele materialen voor bevestigde componenten om scheuren te voorkomen.
• Laagbeperkingen:Standaardprocessen ondersteunen maximaal vier lagen, hoewel geavanceerde technieken mogelijk meer lagen mogelijk maken.
• Paneelgrootte:Typische productiepanelen zijn maximaal 180 × 180 mm (7 × 7 inch).

Hoewel PCB's van aluminiumoxide duurder zijn dan FR4, presteren ze beter dan alternatieven met een metalen kern (bijvoorbeeld IMS) in geïntegreerde ontwerpen. Door de thermische barrière van diëlektrische lagen in PCB's met metalen kern te elimineren, bereikt aluminiumoxide ondanks zijn bescheiden geleidbaarheid een lagere algehele thermische weerstand.

Voor kostengevoelige projecten kan het minimaliseren van de bordgrootte en het benutten van integratiemogelijkheden (bijvoorbeeld ingebedde componenten) de materiële kosten compenseren.