La placa de circuito cerámico ofrece una excelente disipación térmica y una alta capacidad de conducción de corriente, por lo que se utiliza ampliamente en aplicaciones de alta potencia.
El sustrato cerámico, una placa de circuito cerámico, consiste en una base cerámica y una capa de circuito metalizada.
En comparación con las PCB estándar de fibra de vidrio, las placas de circuito cerámico ofrecen una conductividad térmica superior, mayor capacidad de conducción de corriente, mejor aislamiento eléctrico y un coeficiente de expansión térmica (CTE) compatible. Como resultado, se adoptan ampliamente en módulos electrónicos de potencia de alta potencia.
Cuando se trata de unir cobre con placas de circuito cerámico, estas se fabrican mediante procesos como cofritado a alta o baja temperatura, galvanoplastia de cobre y unión directa. Estos métodos ayudan a que la lámina de cobre se adhiera firmemente al sustrato cerámico, proporcionando una gran fiabilidad y un rendimiento estable incluso en condiciones de alta temperatura o humedad.
En los módulos IGBT, las placas de circuito cerámico proporcionan soporte mecánico, interconexión eléctrica, aislamiento eléctrico y disipación térmica.
Con el rápido crecimiento de los vehículos eléctricos, el ferrocarril de alta velocidad y las redes inteligentes, la demanda de módulos IGBT de alto voltaje y alta potencia está aumentando. La mala disipación térmica es una de las principales causas de fallo de los IGBT: aproximadamente el 70% de los fallos se atribuyen al desprendimiento o fusión de los hilos de unión debido al sobrecalentamiento.
Principales materiales cerámicos para placas de circuito cerámico:
| Material | Características |
|---|---|
| Al₂O₃ (Alúmina) | El más común; buenas propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas; rentable |
| AlN (Nitruro de aluminio) | Alta conductividad térmica (7–10 veces mayor que la del Al₂O₃); excelente aislamiento; CTE muy similar al del silicio |
| Si₃N₄ (Nitruro de silicio) | Alta fiabilidad; alta conductividad térmica; elevada resistencia a la flexión; CTE cercano al SiC; excelente para dispositivos de potencia de nueva generación |
Principales procesos de fabricación:
DBC (Direct Bond Copper) – Utilizado comúnmente para sustratos de Al₂O₃ y AlN
AMB (Active Metal Brazing) – Cada vez más utilizado para Si₃N₄; permite la unión de cobre grueso (hasta 0,8 mm) con alta fiabilidad y excelente disipación térmica
¿Por qué AMB está ganando popularidad?
AMB es una evolución del DBC. Utiliza soldadura de metal activo (que contiene Ti, Zr, etc.) para unir la lámina de cobre al sustrato cerámico a temperaturas más bajas (<800°C), reduciendo el estrés térmico interno.
Declaración: Este es un artículo original de INNOVACERA®. Por favor, indique el enlace de origen al reimprimir: https://www.innovacera.com/es/sin-categorizar/ceramic-circuit-boards-superior-thermal-management-for-high-power-electronics.html.
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