À l'heure actuelle, les matériaux organiques, notamment les résines époxy, sont encore largement utilisés dans la production de circuits imprimés (PCB) grâce à leur faible coût et à leur technologie éprouvée. Cependant, les circuits imprimés organiques conventionnels, du point de vue de la dissipation thermique et du coefficient de dilatation thermique, ne répondent pas aux exigences croissantes d'intégration des circuits semi-conducteurs. Les matériaux céramiques, qui présentent de bonnes performances en haute fréquence et des propriétés électriques élevées, ainsi qu'une conductivité thermique, une stabilité chimique et une stabilité thermique supérieures à celles des substrats organiques, constituent un matériau d'encapsulation idéal pour la nouvelle génération de circuits intégrés à grande échelle et de modules d'électronique de puissance. Par conséquent, ces dernières années,Carte PCB en céramiquea bénéficié d'une attention considérable et d'un développement rapide.
Le substrat métallisé à base de céramique, doté de bonnes propriétés thermiques et électriques, est un excellent matériau d'encapsulation pour LED de puissance, émettant dans la lumière violette et ultraviolette (MCM). Il est particulièrement adapté à de nombreux substrats de boîtiers de puces, tels que les structures d'encapsulation de puces à liaison directe (COB). Il peut également servir de circuit imprimé de dissipation thermique pour d'autres modules semi-conducteurs de puissance, des commutateurs à courant élevé, des relais, des antennes de télécommunications, des filtres, des onduleurs solaires, etc.
Actuellement, avec le développement de LED à haute efficacité, haute densité et haute puissance tant au niveau national qu'international, on observe, entre 2017 et 2018, une progression rapide du marché des LED en Chine, notamment en termes de puissance. Le développement de matériaux de dissipation thermique performants est devenu une priorité pour résoudre le problème de la dissipation de la chaleur des LED. En général, l'efficacité lumineuse et la durée de vie des LED diminuent avec l'augmentation de la température de jonction. Au-delà de 125 °C, la LED peut même tomber en panne. Afin de maintenir une température basse à l'intérieur des LED, il est nécessaire d'adopter une conductivité thermique élevée, une faible résistance à la chaleur et un procédé d'encapsulation adapté pour réduire leur résistance thermique globale.
Les substrats cuivrés époxy sont les plus utilisés dans l'encapsulation électronique traditionnelle. Ils remplissent trois fonctions : support, conduction et isolation. Leurs principaux atouts sont : un faible coût, une haute résistance à l'humidité, une faible densité, une facilité de mise en œuvre, une intégration aisée des circuits micrographiques et une aptitude à la production de masse. Cependant, le FR-4, composé de résine époxy (un matériau organique à faible conductivité thermique et à faible résistance aux hautes températures), ne répond pas aux exigences d'encapsulation des LED haute densité et haute puissance et est généralement réservé aux LED de faible puissance.
Les matériaux de substrat céramique sont principalement l'alumine, le nitrure d'aluminium, le saphir, le verre borosilicaté à haute teneur en ammonium, etc. Comparé à d'autres matériaux de substrat, le substrat céramique présente les caractéristiques suivantes en termes de propriétés mécaniques, électriques et thermiques :
(1) Propriétés mécaniques : La résistance mécanique peut être utilisée comme composants de support ; Bon traitement, haute précision dimensionnelle ; Surface lisse, sans microfissures, flexion, etc.
(2) Propriétés thermiques : La conductivité thermique est élevée, le coefficient de dilatation thermique correspond à celui du Si et du GaAs et d'autres matériaux de puce, et la résistance à la chaleur est bonne.
(3) Propriétés électriques : La constante diélectrique est faible, les pertes diélectriques sont faibles, la résistance d'isolation et les défaillances d'isolation sont élevées, les performances sont stables à haute température et à haute humidité, et la fiabilité est élevée.
(4) Autres propriétés : Bonne stabilité chimique, aucune absorption d'humidité ; résistant aux huiles et aux produits chimiques ; non toxique, non polluant, faible émission de rayons alpha ; la structure cristalline est stable et ne se modifie pas facilement dans la plage de température. Ressources en matières premières abondantes.
L'alumine (Al₂O₃) a longtemps été le principal matériau de substrat pour les boîtiers haute puissance. Cependant, sa faible conductivité thermique et son coefficient de dilatation thermique ne correspondent pas à celui du matériau de la puce. Par conséquent, en termes de performances, de coût et de respect de l'environnement, ce matériau de substrat ne constitue pas la solution idéale pour le développement futur des dispositifs LED haute puissance.nitrure d'aluminiumLes céramiques à haute conductivité thermique, haute résistance, taux de résistance élevé, faible densité, faible constante diélectrique, non toxiques, ainsi que d'excellentes propriétés telles qu'un coefficient de dilatation thermique adapté à celui du silicium, remplaceront progressivement les matériaux de substrat LED haute puissance traditionnels, devenant ainsi l'un des matériaux de substrat céramiques les plus prometteurs du futur, offrant une puissance thermique supérieure à 180 W~220 W/mK.KingSongpropose des circuits imprimés en céramique pour vos besoins en PCB.