¿Qué es un Sustrato Cerámico?
Un sustrato cerámicos es una placa hecha de cerámica, que forma el cableado de una placa de cableado impreso o es una placa aislante sobre la que se colocan los componentes.
Además, un sustrato cerámico también puede denominarse sustrato con un patrón de cableado formado.
Usos de los Sustratos Cerámicos
Los sustratos cerámicos se utilizan en placas de cableado impreso incorporadas en productos de disipación de calor y equipos de medición de alta frecuencia, ya que se utilizan en entornos de alta temperatura y a medida que las placas de cableado impreso se hacen más pequeñas. Las aplicaciones específicas son las siguientes
- Productos de Disipación de Calor
Equipos de iluminación LED de alta potencia, equipos de procesamiento láser, equipos de irradiación ultravioleta profunda - Equipos de Comunicaciones por Satélite y Equipos de Medición de Alta Frecuencia
Antenas de estaciones base, ETC, módulos de RF, radares diversos - Productos de Automoción
Lámparas LED para automóviles, componentes de control para automóviles - Componentes Electrónicos
Elementos Peltier, sensores piezoeléctricos, LED, diodos láser, módulos GAN, semiconductores de potencia de alta temperatura, acelerados, de ciclo y SiC - Equipos de Comunicaciones Móviles de Alta Frecuencia
Equipos de comunicaciones IoT, antenas y filtros, osciladores controlados por tensión (VCO), osciladores de cristal con compensación de temperatura (TCXO)
Características de los Sustratos Cerámicos
Los sustratos cerámicos están hechos de cerámica y por lo tanto sus características son similares a las de la cerámica. Entre las cerámicas típicas que forman los sustratos cerámicos se encuentran los sustratos de alúmina, los sustratos de alúmina-circona, el nitruro de aluminio (AlN) y el nitruro de silicio (Si3N4).
Son materiales con una excelente resistencia mecánica, aislamiento eléctrico, resistencia a la corrosión, resistencia al calor y conductividad térmica, y los sustratos tienen las mismas propiedades.
Tipos de Sustratos Cerámicos
Existen tres tipos de circuitos impresos con patrones de cableado, etc., formados sobre sustratos aislantes de cerámica: sustratos cerámicos de alta temperatura, sustratos cerámicos de baja temperatura y sustratos cerámicos de capa gruesa.
1. Sustratos Cerámicos de Alta Temperatura
Los sustratos cerámicos de alta temperatura son sustratos en los que se forman circuitos cerámicos de cocción a alta temperatura (HTCC). En primer lugar, se fabrica una placa aislante como base utilizando materias primas cerámicas formuladas para altas temperaturas. A continuación, se forma un circuito metálico, como tungsteno o molibdeno, sobre la placa aislante, y el sustrato laminado se cuece a alta temperatura para formar un sustrato cerámico de alta temperatura.
2. Sustratos Cerámicos de Baja Temperatura
Los sustratos cerámicos de baja temperatura son sustratos fabricados a partir de cerámica cocida a baja temperatura (LTCC). Se caracterizan por la presencia de materiales cerámicos y de vidrio en la placa aislante base y suelen fabricarse como sustratos multicapa.
En primer lugar, se mezclan polvo cerámico, vidrio y aglutinantes para formar una lámina. Se realizan orificios pasantes para conectar varias capas en los lugares necesarios y se imprime y forma un patrón de cableado para crear una sola capa. Después de crear y apilar varias capas de diferentes patrones de cableado, la placa de cableado LTCC se completa mediante el proceso de cocción.
3. Sustratos Cerámicos de Capa Gruesa
Los sustratos cerámicos de capa gruesa son sustratos en los que se forman circuitos eléctricos imprimiendo pasta conductora o de resistencia sobre un sustrato aislante, y se caracterizan por el espesor relativamente grueso de la película conductora.
Más Información sobre los Sustratos Cerámicos
1. Sustratos Cerámicos de Alúmina de Gran Pureza
Los sustratos cerámicos se fabrican mezclando y cociendo polvos cerámicos termoconductores con aglutinante orgánico y otros materiales. Cuando se utiliza material de alúmina de gran pureza, el material de alúmina es una partícula fina y la cerámica cocida tiene pocos poros y una superficie muy lisa.
Esto significa que el material tiene muy buena adherencia a películas gruesas y materiales de película fina, y tiene propiedades estables cuando se utiliza como placa de circuito impreso. Además, al ser partículas finas, su tamaño no cambia tras la cocción, y también tienen muy buenas propiedades externas, como variación dimensional, alabeo y flexión. También tienen una elevada disipación térmica y resistencia al calor, y son física y químicamente estables en entornos con altas temperaturas.
2. Paquetes de Semiconductores con Sustratos Cerámicos
La generación de calor asociada a la alta integración de los dispositivos semiconductores es una cuestión importante, por lo que se utilizan sustratos cerámicos de alúmina con elevadas propiedades de disipación del calor. Sin embargo, esto no siempre es suficiente para satisfacer los elevados requisitos de los últimos años. En los últimos años, el nitruro de aluminio y el carburo de silicio han atraído la atención como nuevos materiales cerámicos para el envasado de semiconductores, sustituyendo a los sustratos cerámicos de alúmina.
El nitruro de aluminio no es un material cerámico natural y tiene una excelente conductividad térmica, con un valor teórico de 320 W/m-K. En realidad, las mejoras en las materias primas, la selección de auxiliares de sinterización y las condiciones de sinterización han dado lugar a la aplicación práctica de una conductividad térmica de unos 180 W/m-K.
En las cerámicas de carburo de silicio, se ha puesto de manifiesto que si se utiliza óxido de berilio como auxiliar de sinterización, puede utilizarse como aislante con alta conductividad térmica y ha atraído la atención como material de sustrato.