Clasificación de tecnologías de montaje en superficie para PCB de cerámica
Las placas de circuito cerámico son una nueva clase de materiales conocidos por su estabilidad a altas temperaturas., excelentes propiedades de aislamiento, bajo coeficiente de expansión térmica, y procesabilidad superior. Estas características los hacen ampliamente utilizados en circuitos de alta temperatura y alta frecuencia., electronica de potencia, y aplicaciones de compatibilidad electromagnética.
A medida que las tecnologías electrónicas continúan avanzando, El uso de PCB cerámicos es cada vez más frecuente.. Entre sus aspectos tecnológicos clave, Tecnología de montaje en superficie (Smt) juega un papel crucial. Este artículo explora la clasificación de técnicas SMT para PCB cerámicos y analiza sus perspectivas en la industria electrónica..
Clasificación de tecnologías de montaje superficial para PCB cerámicos
1. Método de película delgada (DPC – Cobre chapado directo)
Proceso: Se deposita una capa de semilla de metal sobre la superficie cerámica mediante pulverización catódica con magnetrón o evaporación al vacío., seguido de galvanoplastia para espesar la capa de cobre. Luego se utilizan fotolitografía y grabado para crear patrones de circuitos..
Características técnicas:
Alta precisión: El ancho/espaciado de línea puede alcanzar los 20 μm, adecuado para alta frecuencia, circuitos de alta densidad.
Compatibilidad de materiales: Soporta sustratos como la alúmina. (Al₂O₃) y nitruro de aluminio (AlN), ofreciendo una excelente planitud superficial.
Aplicaciones típicas:Iluminación LED: Alta conductividad térmica (Sustrato de AlN hasta 230 W/m·K) Garantiza una disipación eficiente del calor..
Microonda & Dispositivos de radiofrecuencia: Baja pérdida dieléctrica (ε_r ≈ 9) Cumple con los requisitos de comunicación 5G/6G..
2. Método de película gruesa (TFC – Cerámica de película gruesa)
Proceso: La pasta conductora que contiene polvos de metal y vidrio está serigrafiada sobre una sustrato cerámico y luego sinterizado a altas temperaturas para formar circuitos.
Características técnicas:
Rentable: Proceso simple con bajos costos de equipo., aunque la precisión del ancho de línea es limitada (≥0,1mm).
Restricciones materiales: El espesor de la capa conductora suele ser de 10 a 20 μm., adecuado para bajos- a aplicaciones de media potencia.
Aplicaciones típicas:Electrónica automotriz: Utilizado en ECU y módulos de control que requieren resistencia a altas temperaturas. (>150°C) y vibración mecánica.
3. Método de co-cocción (HTCC / LTCC)
Cerámica cocida a alta temperatura (HTCC):
Proceso: Sinterizado a 1650–1850°C, involucrando cintas verdes cerámicas multicapa impresas con circuitos y laminadas.
Ventajas: Alta resistencia mecánica (resistencia a la flexión >400 MPa), ideal para aplicaciones aeroespaciales.
Cerámica cocida a baja temperatura (LTCC):
Proceso: Sinterizado a 800–950°C; Permite la integración de componentes pasivos como resistencias y condensadores..
Ventajas: Excelente rendimiento de alta frecuencia (factor q >500), adecuado para filtros 5G.
4. Método de unión directa de cobre (DBC / CON)
Cobre adherido directamente (DBC):
Proceso: Se forma una fase líquida eutéctica de Cu/O a 1065-1083 °C., Unión de láminas de cobre directamente al sustrato cerámico..
Ventajas: Alta conductividad térmica (Sustrato Al₂O₃ hasta 25 W/m·K), ampliamente utilizado en módulos IGBT.
Soldadura activa de metales (CON):
Proceso: Utiliza soldaduras activas. (que contiene el, Ag) para mejorar la fuerza de unión y la confiabilidad.
Ventajas: Excelente rendimiento de ciclo térmico (sobrevive 1000 ciclos de –55°C a 200°C sin fallas).
Ventajas de la tecnología de montaje en superficie (Smt) para PCB cerámicos
Alta conductividad térmica:
La tecnología de montaje superficial mejora el rendimiento térmico de los PCB cerámicos, mejorar la confiabilidad y eficiencia general de los dispositivos electrónicos.Resistencia al desgaste superior:
SMT mejora la resistencia al desgaste de los sustratos cerámicos, extendiendo así la vida operativa del equipo.Alta resistencia mecánica:
SMT aumenta la robustez mecánica de los PCB cerámicos, Garantizar una mayor seguridad y durabilidad de los sistemas electrónicos..Respetuoso con el medio ambiente:
Los PCB cerámicos con SMT avanzado pueden reducir las emisiones electromagnéticas, contribuyendo a un mejor cumplimiento ambiental y una reducción de la interferencia.Flexibilidad de diseño:
SMT permite configuraciones de diseño más flexibles, permitiendo que los PCB cerámicos satisfagan las diferentes demandas de diferentes aplicaciones electrónicas.
Flujo de proceso SMT para PCB cerámicos
El proceso SMT para PCB cerámicos es similar al de los sustratos orgánicos tradicionales., pero debe optimizarse para adaptarse a las propiedades únicas de los materiales cerámicos.:
Preparación del sustrato y tratamiento de superficies
Limpieza y Pulido: Elimine los contaminantes de la superficie para garantizar la planitud. (rugosidad superficial Ra < 0.1 µm).
Tratamiento superficial: Utilice oro de inmersión de níquel químico (Aceptar) o Níquel no electrolítico Paladio Inmersión Oro (enépico) para una mayor soldabilidad. ENEPIG incluye una capa de paladio para reducir «almohadilla negra» defectos, haciéndolo ideal para componentes de paso fino como BGA.
Impresión de pasta de soldadura
Pegar selección: Elija soldadura en pasta sin plomo de alta viscosidad (P.EJ., Aleaciones SnAgCu) para evitar la caída.
Parámetros de impresión: Controle con precisión la presión y la velocidad de la espátula para garantizar un espesor uniforme de la pasta de soldadura (normalmente de 25 a 75 μm).
Colocación de componentes y soldadura por reflujo
Máquinas de colocación de alta velocidad: Debe adaptarse a la rigidez de los sustratos cerámicos para minimizar la tensión mecánica..
Perfil de reflujo: Utilice una rampa de temperatura escalonada para mitigar el estrés causado por la expansión térmica no coincidente entre la cerámica y los componentes.. La temperatura máxima debe mantenerse entre 240 y 260 °C.. Se prefiere la atmósfera de nitrógeno para reducir la oxidación..
Inspección y reelaboración
AOI (Inspección óptica automatizada): Se utiliza para verificar la calidad de la pasta de soldadura y la alineación de los componentes..
Inspección de rayos X: Esencial para componentes con terminación inferior como BGA, para detectar huecos en uniones soldadas.
Proceso de retrabajo: Utilice plataformas de calentamiento localizadas con una precisión de ±2 °C para evitar daños a los componentes adyacentes..
Conclusión
La clasificación de tecnologías de montaje superficial para PCB cerámicos debe considerar una combinación de capacidad de proceso., propiedades de los materiales, y aplicación de uso final. Las tendencias actuales avanzan hacia la precisión ultrafina (anchos de línea <10 µm), rendimiento de alta frecuencia (5G+), y prácticas ecológicas (sin plomo y reciclable). Innovaciones como 3D impresión y la activación por láser están surgiendo como facilitadores clave. La elección de materiales debe equilibrar el rendimiento con la rentabilidad.
Con el rápido aumento de industrias como los vehículos de nueva energía y las comunicaciones 5G, Se espera que la demanda de PCB cerámicos crezca de manera constante.. Los futuros avances tecnológicos se centrarán en la integración interdisciplinaria y la fabricación inteligente..
