Fabricante e prestador de serviços de fabricação de PCBs de cerâmica personalizados

As placas de circuito impresso de cerâmica utilizam substratos cerâmicos inorgânicos — alumina, nitreto de alumínio, nitreto de silício — em vez da fibra de vidro-epóxi orgânica encontrada nas placas FR4 padrão. O substrato cerâmico adere diretamente aos circuitos de cobre sem uma camada isolante dielétrica separada, criando um caminho térmico do componente ao dissipador de calor que é de 50 a 500 vezes mais eficiente do que o FR4. Essa vantagem estrutural é o motivo pelo qual as placas de circuito impresso de cerâmica são especificadas para módulos de potência, LEDs de alto brilho, front-ends de RF, submontagens de diodos laser e qualquer aplicação em que o fluxo de calor, a temperatura de operação ou a vida útil sob ciclos térmicos excedam a capacidade de resistência dos laminados orgânicos.

A Highleap Electronics fabrica PCBs de cerâmica em substratos de alumina (Al₂O₃), nitreto de alumínio (AlN) e nitreto de silício (Si₃N₄) utilizando os processos DBC, DPC, de filme espesso, de filme fino, LTCC e HTCC . Também realizamos a montagem de componentes em substratos cerâmicos — SMT, ligação de fios, fixação de chips e testes elétricos — tudo em um único local.

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Quatro materiais de substrato cerâmico e onde cada um se encaixa

Toda placa de circuito impresso de cerâmica começa com o substrato. O material escolhido determina a condutividade térmica, a resistência mecânica, a compatibilidade do coeficiente de expansão térmica (CTE) com o chip semicondutor e o custo da placa final. A Highleap mantém em estoque e processa todos os quatro substratos cerâmicos de nível de produção.

Alumina — o pilar da produção

As placas de circuito impresso (PCBs) de cerâmica de alumina representam a maior parte da produção mundial de PCBs de cerâmica. Disponível em graus de pureza de 96% e 99.6%, a alumina oferece condutividade térmica prática (50 a 100 vezes melhor que a FR4), excelente isolamento elétrico e um custo que a torna viável para produções de volume moderado. Utilizamos alumina com 96% de pureza na maioria das aplicações de LEDs, sensores e eletrônica de potência, e alumina com 99.6% de pureza quando são necessárias tolerâncias mais rigorosas em relação à rugosidade da superfície ou às propriedades dielétricas — tipicamente para circuitos de radiofrequência (RF) de filme fino.

Nitreto de alumínio — líder em desempenho térmico

O nitreto de alumínio (AlN) oferece condutividade térmica 7 vezes maior que a da alumina e o coeficiente de expansão térmica (CTE) mais próximo ao do silício entre os substratos cerâmicos (4.5 vs. 3.0 ppm/°C). Essa correspondência no CTE é o motivo pelo qual o AlN é especificado sempre que os chips semicondutores são diretamente ligados ao substrato — módulos de potência, encapsulamentos de diodos laser e módulos de RF 5G. A desvantagem é o custo e os requisitos de metalização mais exigentes. Nosso suporte em engenharia de gerenciamento térmico ajuda a determinar se o seu projeto realmente requer AlN ou se a alumina, com um projeto de interface térmica melhor, atingiria a mesma temperatura de junção desejada a um custo menor.

Nitreto de silício — a cerâmica mais resistente para ciclismo extremo.

O Si₃N₄ oferece uma resistência à fratura 2 a 3 vezes maior que a da alumina ou do AlN, permitindo que ele suporte regimes de ciclos térmicos (de -55 °C a +250 °C, mais de 30,000 ciclos) que causam fissuras em outros substratos cerâmicos. Ele se tornou o substrato preferido para módulos eletrônicos de potência de SiC e GaN de última geração em inversores de tração para veículos elétricos e acionamentos de motores industriais. O Si₃N₄ é processado quase que exclusivamente com metalização AMB (brasagem com metal ativo).

Óxido de berílio — produto tradicional de alto desempenho, uso restrito.

O BeO oferece a maior condutividade térmica de qualquer material cerâmico para PCBs, mas a toxicidade de sua matéria-prima (a poeira de berílio representa um grave risco à saúde por inalação) restringe seu uso a aplicações onde não existe substituto — principalmente em programas aeroespaciais e de defesa já consolidados, com protocolos de manuseio estabelecidos. Novos projetos especificam cada vez mais AlN ou Si₃N₄ em vez disso.

Sete processos de fabricação: como o cobre chega à cerâmica

O material do substrato define as propriedades térmicas de uma placa de circuito impresso cerâmica. O processo de metalização define a capacidade elétrica — resolução das trilhas, espessura do cobre, número de camadas e resistência da ligação cobre-cerâmica. A Highleap oferece suporte a todos os sete processos de metalização de nível de produção.

DBC — Cobre Ligado Diretamente

A tecnologia DBC une uma folha de cobre espessa (0.15–0.6 mm) à cerâmica por meio de uma reação de oxidação controlada a aproximadamente 1,065 °C. A interface cobre-cerâmica resultante apresenta resistência térmica extremamente baixa e suporta barras de alta corrente para módulos de potência IGBT e MOSFET. A tecnologia DBC é o padrão estabelecido para substratos cerâmicos de módulos de potência, tanto em alumina quanto em AlN. Limitação: a largura mínima da trilha é tipicamente de 0.3–0.5 mm devido à espessura do cobre, e a definição da borda é mais grosseira do que na tecnologia DPC.

DPC — Cobre Depositado Diretamente

A deposição por pulverização catódica (DPC) deposita uma fina camada de semente de titânio/cobre sobre a superfície cerâmica sob vácuo e, em seguida, deposita cobre até a espessura desejada (tipicamente de 5 a 140 µm) utilizando fotolitografia e eletrodeposição convencionais. O processo permite alcançar alta resolução de linhas (traços/espaços de até 50/50 µm) e suporta furos metalizados e vias, tornando-se a metalização mais versátil para projetos de circuitos complexos. A DPC é o processo padrão para encapsulamentos de LEDs de alta densidade, circuitos de RF em alumina e qualquer projeto de PCB cerâmico que exija trilhas com impedância controlada.

AMB — Brasagem com Metal Ativo

A soldagem por brasagem ativa (AMB) une cobre à cerâmica usando uma liga de brasagem ativa (tipicamente Ag-Cu-Ti) a 800–900 °C sob vácuo. O elemento ativo de titânio molha a superfície da cerâmica, criando uma ligação metalúrgica mais forte do que a soldagem por brasagem direta (DBC) — particularmente importante para substratos de Si₃N₄, onde o processo de oxidação DBC padrão não forma uma ligação confiável. A AMB suporta espessuras de cobre de até 800 µm e é a tecnologia dominante para módulos semicondutores de potência SiC/GaN de próxima geração.

Filme espesso

As placas de circuito impresso (PCBs) de cerâmica de película espessa utilizam pastas condutoras impressas em serigrafia (prata, ouro, prata-paládio) sinterizadas a 850–900 °C. O processo permite a impressão de resistores e capacitores diretamente no substrato, eliminando componentes passivos discretos em circuitos híbridos. A película espessa é o processo de PCB de cerâmica mais econômico para aplicações de corrente moderada com dimensões maiores (largura mínima de linha tipicamente de 100–150 µm). É um padrão para sensores automotivos, controles industriais e microeletrônica híbrida.

Filme fino

As placas de circuito impresso (PCBs) de cerâmica de película fina depositam metal por pulverização catódica ou evaporação e, em seguida, são padronizadas por fotolitografia, alcançando a resolução mais fina de qualquer processo de PCB de cerâmica (linha/espaço de até 10/10 µm). A película fina é especificada para filtros de RF de precisão, circuitos de micro-ondas e aplicações de alta frequência, onde a geometria da trilha controla diretamente a impedância e a perda de inserção. A espessura do cobre é limitada (normalmente inferior a 5 µm); projetos que exigem maior corrente combinam a padronização da película fina com a metalização subsequente (a abordagem DPC).

LTCC — Cerâmica de baixa temperatura co-queimada

A tecnologia LTCC consiste na queima de camadas de fita cerâmica com condutores de prata ou ouro incorporados a 850–900 °C, produzindo PCBs cerâmicos multicamadas (mais de 10 camadas) com vias, cavidades e componentes passivos integrados. A LTCC é o padrão para módulos de RF compactos, front-ends de ondas milimétricas (radar automotivo, antenas 5G) e qualquer projeto que exija alta densidade de interconexão tridimensional em um encapsulamento cerâmico hermético. Nossas capacidades em LTCC e HTCC abrangem tanto a prototipagem quanto a produção em larga escala.

HTCC — Cerâmica de Alta Temperatura Co-queimada

O processo HTCC é realizado a temperaturas de 1,500 a 1,800 °C, utilizando condutores de tungstênio ou molibdênio (ouro e prata não suportam essas temperaturas). O HTCC produz substratos com a mais alta resistência estrutural e química — especificados para encapsulamentos herméticos, instrumentos de perfuração e eletrônicos para ambientes extremos. A desvantagem é a menor condutividade dos condutores (W e Mo têm resistividade de 3 a 5 vezes maior que Cu ou Ag) e ferramentas mais caras.

Selecionando a placa de circuito impresso cerâmica adequada para sua aplicação.

A maioria dos projetos acaba optando por uma das cinco combinações de material e processo. A seleção é determinada pela restrição principal do projeto — corrente, ciclos térmicos, resolução de traços, frequência ou custo.

Tabela de Capacidade de Fabricação da Highleap

Como especificar e encomendar PCBs de cerâmica

Especificações incompletas são a principal causa de atrasos em orçamentos e surpresas na primeira peça em projetos de PCBs de cerâmica. Ao contrário dos pedidos de FR4, onde os valores padrão abrangem a maioria dos casos, os PCBs de cerâmica exigem especificações explícitas para cada parâmetro, pois não existem valores padrão padronizados pela indústria.

Seu pacote de orçamento para PCB de cerâmica deve incluir:

Se você tiver dúvidas sobre a seleção de materiais ou processos, envie-nos o que você tem. Nossa equipe de engenharia oferece análise de projeto para fabricação (DFM) e recomendações de materiais com base em seus requisitos térmicos, elétricos e mecânicos — antes que você se comprometa com uma construção específica.

Perguntas frequentes

Quais são os materiais de substrato disponíveis para PCBs de cerâmica?

Os quatro substratos cerâmicos para placas de circuito impresso (PCBs) de nível de produção são alumina (Al₂O₃), com condutividade térmica de 24–28 W/m·K; nitreto de alumínio (AlN), com 170–200 W/m·K; nitreto de silício (Si₃N₄), com 80–90 W/m·K e a maior resistência à fratura; e óxido de berílio (BeO), com 250–300 W/m·K, para aplicações legadas de alta potência. A alumina atende à maioria das aplicações com o menor custo; o AlN é utilizado em módulos de alta potência onde a condutividade térmica é o fator limitante; o Si₃N₄ é especificado onde a resistência a ciclos térmicos e a robustez mecânica são cruciais — como, por exemplo, em inversores de veículos elétricos com SiC/GaN.

Qual a diferença entre PCBs cerâmicos DBC, DPC e AMB?

A tecnologia DBC une cobre espesso (0.15–0.6 mm) à cerâmica a aproximadamente 1,065 °C por meio de um processo de oxidação controlada — ideal para módulos de potência de alta corrente em alumina e AlN. A tecnologia DPC deposita uma fina camada de cobre por pulverização catódica e, em seguida, a reveste até atingir a espessura desejada — ideal para circuitos de linhas finas, LEDs e projetos de RF. A tecnologia AMB realiza a brasagem do cobre a 800–900 °C usando um metal de enchimento ativo — ideal para substratos de Si₃N₄ e qualquer aplicação que exija a ligação cobre-cerâmica mais forte possível e extrema resistência a ciclos térmicos. Consulte os detalhes do processo DBC para uma comparação técnica mais aprofundada.

Qual o custo das placas de circuito impresso de cerâmica em comparação com as de FR4?

As placas de circuito impresso de cerâmica geralmente custam de 5 a 50 vezes mais do que as placas FR4 equivalentes, dependendo do material do substrato, do processo de metalização, do tamanho da placa e da quantidade do pedido. A alumina de filme espesso é a opção de cerâmica mais acessível. As placas de microtitulação de AlN e Si₃N₄ têm o maior custo adicional. O preço exato depende inteiramente do seu projeto específico — um substrato de LED DPC de alumina de 10 mm × 10 mm tem um custo muito diferente de um substrato de módulo de potência DBC de AlN de 50 mm × 80 mm. Envie seus arquivos Gerber para obter um orçamento preciso com base no seu projeto. Para mais detalhes sobre os fatores que influenciam o preço das placas de circuito impresso de cerâmica, consulte nossa análise de custos de placas de circuito impresso de cerâmica.

Placas de circuito impresso de cerâmica podem ser multicamadas?

Sim. Os processos de co-queima LTCC e HTCC suportam mais de 10 camadas com resistores, capacitores, indutores e interconexões verticais embutidos. Os substratos DBC e AMB geralmente possuem de 1 a 2 camadas condutoras. O DPC suporta de 2 a 4 camadas com furos metalizados em substratos de alumina ou AlN. Para projetos multicamadas complexos, consulte nossas capacidades em PCBs cerâmicos multicamadas.

Quais arquivos preciso para obter um orçamento de PCB de cerâmica?

Arquivos Gerber completos para todas as camadas, um desenho de fabricação especificando o material cerâmico e o grau de pureza, a espessura e a tolerância do substrato, o método de metalização, a espessura do cobre, o acabamento superficial, as tolerâncias dimensionais, os critérios de teste elétrico, a quantidade e a data de entrega prevista. Para montagem turnkey, adicione a lista de materiais (BOM) e os arquivos pick-and-place. Com esse pacote, emitimos um orçamento com a discriminação de custos item por item — o preço depende do seu projeto específico e não faremos uma estimativa para um conjunto de arquivos Gerber que não tenhamos analisado.