Substrato ceramico: quali sono i vantaggi del materiale preferito per il modulo di potenza?

Al giorno d'oggi, i prodotti elettronici sono sempre più popolari, il PCB è una parte importante dei prodotti elettronici, la sua qualità e stabilità svolgono un ruolo vitale. Mentre nel substrato PCB, il substrato ceramico riceve crescente attenzione a causa delle sue prestazioni superiori diverse da altri substrati PCB. Il substrato ceramico è un materiale comunemente utilizzato nei moduli di potenza, con speciali caratteristiche termiche, meccaniche ed elettriche, ed è ideale per applicazioni impegnative di elettronica di potenza. Questi substrati consentono la funzione elettrica del sistema, fornendo stabilità meccanica ed eccellenti prestazioni termiche, soddisfacendo così una varietà di design unici.

Vantaggio del substrato ceramico

Un substrato ceramico si trova solitamente nel rivestimento in rame/metallo del modulo di potenza e funge da parte di un circuito elettronico di potenza. Aiutano a fornire una funzionalità simile a PCB che gli consente di funzionare bene come previsto. Il substrato ceramico presenta molti vantaggi rispetto ad altri substrati a base di metallo o plastica:

● Eccellente conduttività termica: grazie all'eccellente conduttività termica dei materiali ceramici, la ceramica DBC ha un'eccellente conduttività termica e può dissipare efficacemente il calore, per garantire la stabilità dei prodotti elettronici.

● Eccellenti proprietà meccaniche: i materiali ceramici hanno un'eccellente durezza e tenacità, che possono resistere efficacemente agli urti e alle vibrazioni e proteggere la sicurezza dei componenti elettronici.

▲ Posizione e funzione tipiche del substrato

● Eccellente resistenza alla corrosione: i materiali ceramici hanno un'eccellente resistenza alla corrosione, possono resistere efficacemente all'erosione delle sostanze chimiche, per garantire la stabilità a lungo termine dei prodotti elettronici.

● Buon adattamento del coefficiente di dilatazione termica: il coefficiente di dilatazione termica tra il materiale ceramico e il foglio di rame ha un buon adattamento, che può effettivamente evitare lo stress termico causato dalla differenza di temperatura e garantire la stabilità del circuito.

Preparazione del substrato ceramico

● Preparazione delle materie prime: nella produzione di PCB ceramici, la selezione delle materie prime adatte è fondamentale. In generale, i materiali principali della piastra in ceramica includono polvere ceramica, legante, polvere conduttiva e così via. Tra questi, la polvere ceramica è il materiale principale del PCB, comunemente usato come allumina, zirconio e così via. Quando si selezionano le materie prime, è necessario controllarne la dimensione delle particelle e il contenuto di impurità per garantire la qualità dei prodotti.

● Stampaggio delle polveri: dopo che la materia prima è pronta, è necessario pressare la polvere ceramica mista e il legante nella macchina per lo stampaggio per lo stampaggio a pressatura. Esistono molti tipi di macchine per lo stampaggio, come stuccatrici, macchine per stampaggio, macchine per lo stampaggio e così via. Nel processo di stampaggio, la pressione e la velocità di pressatura devono essere controllate per garantire l'uniformità e la densità del prodotto. Strato di codifica: rivestire uno strato di lamina di rame, solitamente poliimmide (PI) o resina epossidica contenente materia organica.

● Realizzazione di modelli conduttivi: la realizzazione di modelli conduttivi è un passo importante nella produzione di piastre ceramiche PCB. In generale, la polvere conduttiva viene trasformata in una pasta appiccicosa e stampata sul corpo grezzo per formare un motivo conduttivo. Durante la stampa è necessario utilizzare una macchina da stampa speciale per garantire il rivestimento uniforme della pasta adesiva. Allo stesso tempo, il layout della linea conduttiva deve essere progettato prima della stampa per garantire che soddisfi i requisiti di utilizzo del prodotto.

● Sinterizzazione ad alta temperatura: dopo aver completato la realizzazione del modello conduttivo, è necessario inserire il corpo grezzo realizzato nel forno di sinterizzazione per il trattamento di sinterizzazione. Nel processo di sinterizzazione, la temperatura di sinterizzazione deve essere controllata tra 1500-1700 ℃ e il tempo di sinterizzazione è generalmente compreso tra 1-2 ore. Durante il processo di sinterizzazione, la polvere conduttiva reagisce chimicamente con la piastra ceramica per formare una linea conduttiva.

● Riparazione e lavorazione: la superficie della piastra in ceramica sinterizzata non è sufficientemente liscia e deve essere riparata e lavorata. Il processo di ravvivatura comprende lucidatura, taglio, punzonatura e così via. Questo passaggio può essere utilizzato con apparecchiature di lavorazione automatizzate come macchine utensili CNC per migliorare la precisione e l'efficienza della lavorazione.

● Trattamento superficiale: piastre ceramiche PCB per aumentare la finitura superficiale e la resistenza all'usura. I metodi di trattamento superficiale comunemente usati includono lucidatura, lucidatura, rivestimento, ecc.

Pertanto, il processo di produzione delle lastre in ceramica richiede molteplici fasi di lavorazione e controllo di precisione per garantire la qualità e la stabilità del prodotto. Nel processo di applicazione della lastra in ceramica è necessario prestare attenzione anche al controllo qualità, per evitare danni o problemi nell'uso a lungo termine.

L'applicazione del substrato ceramico AlN

I substrati ceramici sono ampiamente utilizzati in molti sistemi elettronici particolarmente avanzati in tutto il mondo, comprese le crescenti industrie delle energie rinnovabili e dell’elettrificazione automobilistica. Qui ci sono diversi mercati importanti eapplicazioni:

①Veicoli elettrici e ibridi ed elettrificazione dei veicoli

Grazie ai progressi nella tecnologia di elettrificazione dei veicoli, le auto di oggi sono significativamente più confortevoli e sicure. Le case automobilistiche stanno anche lavorando per aggiornare i propulsori dei veicoli da sistemi ibridi leggeri a sistemi completamente elettrici per soddisfare la crescente domanda del mercato di veicoli a basse emissioni. Una maggiore elettrificazione richiede l’uso di più elettricità. Per guidare lo sviluppo di nuove funzionalità elettriche all’interno di un rigoroso intervallo meccanico sono necessarie soluzioni ad alta corrente e alta tensione. Grazie alla loro eccellente qualità, i substrati ceramici sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni di mercato, tra cui servosterzo elettrico, sistemi di frenatura elettrica, alternatori di avviamento integrati, controlli di pompe diesel e acqua, controlli di motori e motori, convertitori/invertitori HEV/EV, illuminazione a LED e alternatori.

②Energia rinnovabile

I substrati ceramici sono stati utilizzati in una varietà di applicazioni nel settore delle energie rinnovabili, comprese le tecnologie per la generazione di energia eolica e solare e lo stoccaggio di energia, come inverter per solare fotovoltaico (PV) ed energia eolica e convertitori per fotovoltaico concentrato (CPV).

③ Industria

Il substrato ceramico ha mostrato prestazioni eccellenti in un'ampia gamma di scenari applicativi dell'industria generale. Alcuni scenari di applicazione industriale per i substrati ceramici includono controllo di pompe, azionamenti di conversione di frequenza, azionamenti di trazione, alimentatori, pertier, dispositivi di raffreddamento, controlli motore personalizzati, moduli semiconduttori standardizzati su chip integrati, convertitori CC/CC e convertitori CA/CC.

④Elettrodomestici

Le preferenze dei consumatori in termini di efficienza energetica, controllo del rumore, facilità di manutenzione e caratteristiche di sicurezza influenzano la loro domanda di grandi elettrodomestici, noti anche come elettrodomestici. I substrati ceramici vengono utilizzati in un gran numero di applicazioni per tutti i tipi di principali elettrodomestici, compresi i moduli di alimentazione intelligenti che azionano i motori degli elettrodomestici.

Questo articolo è ristampato da IACECHINA.