Оксид алюминия в печатных платах улучшает теплоотвод в электронике

В отраслях, где высоки температуры, частоты и суровые условия являются нормой, обычные печатные платы (PCB) часто не справляются. Керамические печатные платы из оксида алюминия (Al ₂ O ₃ ) стали превосходной альтернативой, предлагающей исключительные термические, электрические и механические свойства. Состав этих керамических подложек на 96% состоит из оксида алюминия, и они все чаще используются в различных областях, от светодиодного освещения до медицинских устройств.

Керамика из оксида алюминия 96% является наиболее широко используемым материалом для керамических печатных плат и корпусов благодаря сбалансированным характеристикам и экономичности. Ее примечательные свойства включают:

• Терморегулирование: Обладая теплопроводностью 22–24 Вт/мК, оксид алюминия эффективно рассеивает тепло или обеспечивает равномерный нагрев, что критически важно для силовой электроники и светодиодов высокой яркости.
• Высокочастотная совместимость: Низкая диэлектрическая проницаемость (9,8 при 1 МГц) и минимальные диэлектрические потери обеспечивают целостность сигнала в радиочастотных и микроволновых приложениях.
• Механическая прочность: Предел прочности при изгибе 400 МПа и почти нулевое водопоглощение (0%) делают его идеальным для суровых условий и герметичной упаковки.
• Термическая стабильность: Работает при температуре до 350 °C с низким коэффициентом теплового расширения (6–8 ppm/°C), снижая напряжение в паяных соединениях.

Универсальность керамических печатных плат из оксида алюминия позволяет использовать их в специализированных областях:

• Светодиодное освещение: Высокая отражательная способность (94%) и теплоотвод повышают светимость и долговечность.
• Медицинская электроника: Биосовместимость и надежность соответствуют строгим стандартам безопасности для имплантируемых и диагностических устройств.
• Силовая электроника: Выдерживает высокие плотности тока в приводах двигателей и преобразователях мощности.
• Аэрокосмическая и автомобильная промышленность: Выдерживает вибрацию, термические циклы и агрессивные среды.

Для металлизации подложек из оксида алюминия используются два основных метода:

• Толстопленочная печать: Использует серебряные (Ag) пасты, подходящие для многослойных конструкций и высокотемпературных применений.
• Прямое нанесение меди (DPC): Электролитическое нанесение меди (Cu) для превосходной проводимости, предпочтительно для мощных и высокочастотных схем.

Поверхностные покрытия, такие как ENIG (бесэлектролитное никелирование с иммерсионным золотом) или паяльные маски на основе стекла, дополнительно повышают долговечность, особенно в средах, богатых серой.

Хотя керамические печатные платы из оксида алюминия имеют сходства с традиционными платами FR4, конструкторы должны учитывать:

• Несоответствие теплового расширения: Обеспечьте совместимость материалов для прикрепленных компонентов, чтобы избежать растрескивания.
• Ограничения по слоям: Стандартные процессы поддерживают до 4 слоев, хотя передовые методы могут позволить больше.
• Размер панели: Типичные производственные панели достигают максимума 180 × 180 мм (7 × 7 дюймов).

Хотя керамические печатные платы из оксида алюминия дороже, чем FR4, они превосходят альтернативы с металлическим сердечником (например, IMS) в интегрированных конструкциях. Устраняя тепловой барьер диэлектрических слоев в печатных платах с металлическим сердечником, оксид алюминия обеспечивает более низкое общее тепловое сопротивление, несмотря на свою скромную проводимость.

Для проектов, чувствительных к стоимости, минимизация размера платы и использование возможностей интеграции (например, встроенные компоненты) могут компенсировать материальные затраты.