I PCB in ossido di alluminio migliorano la gestione termica nell'elettronica

Nei settori in cui temperature elevate, alte frequenze e condizioni difficili sono la norma, i circuiti stampati convenzionali (PCB) spesso non sono all'altezza. Allumina (Al₂O₃) I PCB ceramici sono emersi come un'alternativa superiore, offrendo eccezionali proprietà termiche, elettriche e meccaniche. Con una composizione pari al 96% di allumina, questi substrati ceramici sono sempre più adottati in diverse applicazioni, dall'illuminazione a LED ai dispositivi medici.

L'allumina ceramica al 96% è il materiale più utilizzato per PCB e imballaggi in ceramica grazie alle sue prestazioni equilibrate e al rapporto costo-efficacia. Le sue proprietà notevoli includono:

• Gestione termica:Con una conduttività termica di 22–24 W/mK, l'allumina dissipa efficacemente il calore o consente un riscaldamento uniforme, fondamentale per l'elettronica di potenza e i LED ad alta luminosità.
• Compatibilità ad alta frequenza:La bassa costante dielettrica (9,8 a 1 MHz) e la minima perdita dielettrica garantiscono l'integrità del segnale nelle applicazioni RF e a microonde.
• Robustezza meccanica:Una resistenza alla flessione di 400 MPa e un assorbimento d'acqua prossimo allo zero (0%) lo rendono ideale per ambienti difficili e imballaggi ermetici.
• Stabilità termica:Funziona fino a 350°C con un basso coefficiente di espansione termica (6–8 ppm/°C), riducendo lo stress del giunto di saldatura.

La versatilità dei PCB in allumina ne consente l'utilizzo in campi specializzati:

• Illuminazione a LED:L'elevata riflettività (94%) e la dissipazione termica migliorano la luminosità e la longevità.
• Elettronica medica:Biocompatibilità e affidabilità soddisfano rigorosi standard di sicurezza per i dispositivi impiantabili e diagnostici.
• Elettronica di potenza:Gestisce densità di corrente elevate negli azionamenti di motori e convertitori di potenza.
• Aerospaziale e automobilistico:Resiste alle vibrazioni, ai cicli termici e agli ambienti corrosivi.

Per metallizzare i substrati di allumina vengono impiegati due metodi principali:

• Stampa su film spesso:Utilizza paste di argento (Ag), adatte per progetti multistrato e applicazioni ad alta temperatura.
• Rame placcato diretto (DPC):Placche in rame (Cu) per una conduttività superiore, preferita per circuiti ad alta potenza e alta frequenza.

Le finiture superficiali come ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) o le maschere di saldatura a base di vetro migliorano ulteriormente la durata, soprattutto in ambienti ricchi di zolfo.

Sebbene i PCB in allumina condividano somiglianze con le tradizionali schede FR4, i progettisti devono tenere conto di:

• Mancata corrispondenza dell'espansione termica:Garantire materiali compatibili per i componenti collegati per evitare rotture.
• Limitazioni del livello:I processi standard supportano fino a 4 livelli, sebbene le tecniche avanzate possano consentirne di più.
• Dimensione del pannello:I pannelli di produzione tipici raggiungono una dimensione massima di 180 × 180 mm (7 × 7 pollici).

Sebbene i PCB in allumina siano più costosi dell'FR4, superano le alternative con nucleo metallico (ad esempio IMS) nei progetti integrati. Eliminando la barriera termica degli strati dielettrici nei PCB con nucleo metallico, l'allumina raggiunge una resistenza termica complessiva inferiore nonostante la sua modesta conduttività.

Per i progetti sensibili ai costi, ridurre al minimo le dimensioni della scheda e sfruttare le opportunità di integrazione (ad esempio, componenti integrati) può compensare le spese relative ai materiali.