세라믹 기판은 적층판이 설계의 한계가 되는 자리에 사용합니다. 자체 손실을 배출해야 하는 전력 모듈, 스위칭이 빨라 보드가 뜨거워지는 레이저 · RF 드라이버, 열 사이클을 백 번 겪고도 절연을 유지해야 하는 센서가 그렇습니다. 세라믹은 FR-4가 감당하지 못하는 열과 전압을 함께 처리하며, Hitech Circuits는 경성 · 연성 · 금속 코어 라인과 같은 선전에서 이 기판을 제작합니다.
FR-4 대신 세라믹을 쓰는 이유
- 열 — 알루미나 20~51 W/m·K, 질화알루미늄 120~220 W/m·K로 FR-4의 약 0.3 W/m·K와 차이가 큽니다. 기판이 회로를 지지하면서 동시에 열을 퍼뜨립니다.
- 전압 — 절연 파괴 강도는 두께 0.25 / 0.63 / 1.0 mm에서 15 / 20 / 28 kV/mm로, 얇은 조각으로도 높은 동작 전압을 견딥니다.
- 온도 — 부품은 −55~850 °C 범위를 견디며, 이는 어떤 적층판의 유리전이온도보다도 훨씬 높습니다.
- 팽창 — 50~200 °C에서 7.4 ppm/K로 실리콘과 대부분 패키지 재료의 팽창에 가까워, 대형 다이에서 접합 응력이 낮게 유지됩니다.
- 안정성 — 세라믹은 수분을 거의 흡수하지 않아 습한 공정 환경과 반복 솔더링 후에도 유전 특성이 유지됩니다.
공정과 재료
전력용으로는 직접동접합(DCB) 기판이 일반적입니다. 동박을 고온에서 세라믹에 접합한 뒤 에칭하므로 접합 계면에 두꺼운 동박을 얻습니다. 박막 · 후막 기판은 도체와 저항을 인쇄하거나 증착하고 선폭 정의가 동박 두께보다 중요한 경우에 사용하며, 도체는 AgPd 또는 AuPd이고 DCB는 구리만 사용합니다.
알루미나가 표준 재료로 96 % · 98 % 등급을 재고로 보유하고, 열전도율이 설계를 좌우할 때 질화알루미늄을, 최고 전도율이 필요할 때 산화베릴륨을 선택합니다. 상시 재고 두께는 0.25~2.0 mm, 크기는 130 × 140 mm까지이며, 더 두껍고 큰 조각은 주문제작하고 생산 가능한 최대 알루미나 패널은 300 × 300 mm입니다. 규격표는 역량 페이지에 있습니다.
세라믹이 이 설계에 맞는 기판인가
세라믹은 얇은 절연층을 통해 기판 자체가 열을 옮겨야 하는 경우에만 값을 합니다.
- 금속 코어 기판으로 충분한 경우 — 손실이 구리 면과 비아 배열을 통해 하우징으로 빠진다면 알루미늄 금속 코어 PCB가 더 저렴하고 더 큰 패널로 공급되며, 소성 세라믹이 감당하지 못하는 윤곽도 받아들입니다.
- 절연체가 한계인 경우 — 절연된 베어 다이나 인쇄 저항 네트워크는 적층판과 금속 코어 적층을 모두 배제합니다. 그 자리에서는 기판이 아니라 고분자가 절연을 맡기 때문입니다.
- 열전도율이 등급을 정하는 경우 — 표준은 알루미나이며 소성이 가장 저렴하고 박막 · 후막 도체를 모두 받습니다. 알루미나를 통해 다이를 식힐 수 없을 때 질화알루미늄을, 둘 다 견디지 못하는 부품에는 산화베릴륨을 남겨 둡니다.
- 공정이 동박을 정하는 경우 — 전류를 흘리는 패턴에는 DCB의 접합 동박이 필요하고, 인쇄 저항이 있거나 에칭 동박보다 미세한 선폭이 필요한 부품은 박막 · 후막의 영역입니다.
세라믹 PCB의 사용 분야
전력 모듈과 IGBT 스택, 고휘도 LED · 레이저 엔진, RF · 마이크로파 단, 멸균이 필요한 의료 장비용 센서, 열원 옆에 놓이는 자동차 전력 전자입니다. 온도보다 주파수가 문제인 경우에는 Rogers · Arlon · Taconic · Nelco 적층판을 쓴 고주파 PCB가 보통 더 저렴한 답이며, 두 요구가 동시에 올 때 세라믹이 필요해집니다.
세라믹 기판이 실사용에서 파손되는 지점
분석을 의뢰받는 개체는 회로가 아니라 조립과 윤곽에서 파손됩니다.
- 고정점의 균열 — 세라믹에는 항복이 없으므로 스크루 보스나 휘어지는 클립이 홀 가장자리에서 균열을 시작합니다. 고정 홀은 응력이 높은 영역에서 빼고 와셔를 지정하며, 기판이 하우징의 강성을 대신 받지 않게 하십시오.
- DCB 계면의 박리 — 구리와 세라믹은 팽창률이 달라 한 덩어리의 넓은 구리 영역이 반복 사이클 후 가장자리부터 들뜹니다. 배치 편의를 위해 구리를 통째로 두지 말고 메시나 분할로 나누십시오.
- 절단면의 연면 — 레이저 스크라이빙과 기계 분리는 도체를 아트워크보다 가장자리에 가깝게 남깁니다. 윤곽에 금지 영역을 두고 그 안쪽에 패턴을 놓으십시오.
- 윤곽에서 오는 미세 균열 — 내부의 날카로운 모서리는 열 사이클마다 응력을 집중시킵니다. 도면에서 모서리에 라운드를 주고, 개별 분리는 라우터 비트가 아니라 그 반경을 따르게 하십시오.
견적 요청
Gerber 또는 DXF 세트와 함께 세라믹 재료, 공정, 동박 두께, 조각 크기, 수량을 보내주세요. 박막 · 후막 부품의 도체는 에칭이 아니라 증착으로 형성되므로, 아트워크와 공차를 견적 확정 전 DFM에서 검토합니다. 발급된 인증서는 인증서 페이지에 있습니다.
알루미나 · AlN · BeO 기판의 SMT · 스루홀 조립 서비스는 PCB 조립 페이지에서 제조와 함께 견적하며, 중국에서 생산되는 보드는 중국 PCB 조립 페이지에서 다룹니다.
