
Keramické desky plošných spojů
Keramické desky plošných spojů jsou zcela jiné, než tištěné spoje, které tvoří základ téměř každého elektronického zařízení, v takových se používá materiál FR-4 (epoxidová pryskyřice vyztužená skelnými vlákny). Je univerzální, levný a vhodný pro většinu aplikací. Existují však oblasti, kde FR-4 nepostačuje – zejména při vysokých teplotách, vysokém výkonu nebo v náročném prostředí. V takových případech se využívají keramické PCB, jejichž vlastnosti dalece překračují možnosti běžných laminátových materiálů.
Materiálové složení a vlastnosti keramické desky
Keramické desky se vyrábějí z technických keramik, mezi nejčastější patří:
- Oxid hlinitý (Al₂O₃) – běžně používaný, relativně dostupný materiál s dobrou mechanickou pevností.
- Nitrid hlinitý (AlN) – vyniká vysokou tepelnou vodivostí a stabilní dielektrickou konstantou.
- Beryliová keramika (BeO) – mimořádně účinný vodič tepla, avšak toxická při opracování, používá se tedy omezeně.
- Nitrid boru, karbid křemíku a další – specializované materiály pro velmi náročné aplikace.

Typy keramických desek podle technologie
- HTCC (High-Temperature Co-Fired Ceramic)
- Vrstvy keramiky se vypalují při teplotách až kolem 1600 °C.
- Používají se kovy jako wolfram (W) nebo molybden (Mo), které tak vysoké teploty vydrží.
- Výsledkem je velmi robustní a odolná deska.
- LTCC (Low-Temperature Co-Fired Ceramic)
- Vypaluje se při nižších teplotách (≈ 850 °C).
- Díky tomu lze použít i stříbro nebo měď, které mají lepší vodivost než wolfram.
- LTCC umožňuje integrovat pasivní součástky (filtry, indukčnosti) přímo do keramického substrátu.
- DBC (Direct Bonded Copper)
- Silná měděná fólie je přímo navázána na keramický substrát (Al₂O₃, AlN).
- Typické pro výkonové moduly (např. IGBT v elektromobilech).
- Kombinace výborného odvodu tepla a vysoké proudové zatížitelnosti.

Klíčové vlastnosti keramických PCB
- Tepelná vodivost – keramika odvádí teplo až 100× účinněji než FR-4, což umožňuje integraci výkonových součástek bez nutnosti masivního chlazení.
- Dielektrické parametry – stabilní hodnota permitivity (Dk) i při vysokých frekvencích, vhodné pro mikrovlnné a RF aplikace.
- Odolnost vůči teplotě a prostředí – keramické desky vydrží teplotní šoky, vibrace a agresivní chemické prostředí.
- Nízký koeficient tepelné roztažnosti (CTE) – minimalizuje mechanické pnutí mezi deskou a pájenými součástkami.
- Keramika umožňuje zabudovat pasivní součástky přímo do struktury desky (například rezistory, kapacitní vrstvy, filtry). To vede k miniaturizaci a zvýšení spolehlivosti – méně spojů = méně potenciálních poruch.
Technologie výroby
Výroba keramických PCB se zásadně liší od laminátových desek FR-4:
- Páskování – keramický prášek se smíchá s pojivy a nanáší do tenkých vrstev (pásků).
- Vytváření otvorů (vias) – do jednotlivých vrstev se vysekají nebo vyvrtají průchozí otvory.
- Nanášení vodivých cest – používá se vodivá pasta na bázi kovů (stříbro, zlato, měď), která se nanáší sítotiskem.
- Laminace vrstev – jednotlivé pásky se naskládají do požadovaného vrstvení.
- Vypalování – celý celek se vypaluje při teplotách kolem 1000 °C, čímž keramika získá výslednou mechanickou pevnost a elektrické parametry.
Srovnání s FR-4
| Parametr | FR-4 | Keramika |
| Tepelná vodivost | nízká (≈0,3 W/m·K) | vysoká (Al₂O₃ ≈ 20 W/m·K, AlN až 170 W/m·K)* |
| Teplotní odolnost | omezená (<130 °C trvalý provoz) | velmi vysoká (>350 °C) |
| Mechanická stabilita | dobrá, ale deformuje se | vynikající, tuhá a rozměrově stabilní |
| Cena | nízká | vysoká |
| Typické použití | spotřební elektronika, IT, běžné přístroje | výkonová elektronika, RF a mikrovlnné aplikace, automobilový a letecký průmysl |
Oblasti použití
Keramické PCB nacházejí uplatnění tam, kde jsou extrémní podmínky nebo vysoké nároky na stabilitu:
- Výkonová elektronika – měniče, spínané zdroje, moduly IGBT, výkonové LED.
- Automobilový a letecký průmysl – řídicí jednotky motorů, senzory, elektronika v prostředí s vibracemi a vysokými teplotami.
- Telekomunikace a kosmonautika – vysokofrekvenční obvody, satelitní komunikace, radarové systémy.
- Lékařská technika – implantáty, diagnostická zařízení vyžadující sterilní a odolné materiály.
