Ceramic pcb

Ceramic pcb on jäykkä piirilevy, jossa keramiikkamateriaalit toimivat eristävinä pohjina, kuten alumiinioksidi Al₂O₃, alumiininitridi AlN, piinitridi Si₃N₄ jne., ja joka on päällystetty kuparifoliolla muodostaakseen johtavia piirejä. Se kuuluu korkean tason erikoispiirilevyihin. Ydinominaisuus on, että sen lämmönjohtavuus, eristys ja korkean lämpötilan kestävyys ylittävät merkittävästi perinteisten FR-4-piirilevyjen vastaavat ominaisuudet.

Korkean tason erikois-PKB:na keraamisten PKB:ien keskeiset edut keskittyvät tärkeisiin ominaisuuksiin, kuten lämmönhajotukseen, lämpötilankestävyyteen, eristyskykyyn ja stabiilisuuteen seuraavasti:

· Erittäin tehokas lämmönhallinta:

Keraamisten substraattien (erityisesti alumiinitridin) lämmönjohtavuus voi saavuttaa 170–230 W/(m · K), mikä on yli 500-kertainen perinteisiin FR-4-PKB:ihin (noin 0,3 W/(m · K)) verrattuna. Se pystyy johtamaan tehokkaasti lämpöä korkeatehoisista laitteista, vähentää merkittävästi laitteiden lämpötilannousua ja estää lämpövaurioitumisen. Se soveltuu hyvin suureen lämpövirrantiheyteen alttiina oleviin sovelluksiin, kuten IGBT-moduulit ja korkeatehoiset LED:t. korkeatehoisista laitteista, vähentää merkittävästi laitteiden lämpötilannousua ja estää lämpövaurioitumisen. Se soveltuu hyvin suureen lämpövirrantiheyteen alttiina oleviin sovelluksiin, kuten IGBT-moduulit ja korkeatehoiset LED:t.

· Erittäin korkea lämpötilankestävyys:

Pitkän aikavälin käyttölämpötila voi ylittää 200 °C, ja lyhytaikaisesti se kestää jopa 500 °C, mikä on huomattavasti parempi kuin FR-4-PKB:llä (≤130 °C). Se soveltuu äärimmäisiin lämpötilaympäristöihin, kuten ilmailussa ja avaruustekniikassa teollisuuden korkean lämpötilan laitteisto ilman, että substraatti vääntyy tai vanhenee korkean lämpötilan vuoksi.

· Erinomainen eristyskyky:

Läpilyöntijännite ≥10 kV/mm, eristysominaisuudet ylittävät huomattavasti FR-4 PCB:n, ja siksi sitä voidaan käyttää vakiona korkeajännitepiireissä, estää vuotovirtoja ja läpilyöntejä sekä täyttää latauspisteiden ja korkeajännitteisten teollisuuden ohjauslaitteiden eristysturvallisuusvaatimukset. jännite teollisuuden ohjauslaitteet.

· Hyvä lämpöyhteensopivuus:

Keramiikkasubstraattien lämpölaajenemiskerroin on lähellä puolijohtimen piirejä (kuten piipiirejä), mikä vähentää lämpötilan vaihteluiden aiheuttamaa lämpöjännitystä, alentaa riskiä halkeamiselle ja irtoamiselle piirin ja substraatin välisessä liitoksessa ja parantaa laiteläpimitan luotettavuutta ja käyttöikää.

· Kemiallinen ja ympäristönselkeys:

Kestää hapon ja emästen, säteilyn sekä korroosion. Sen suorituskyky ei heikkeni kovissa olosuhteissa, kuten kosteudessa, voimakkaiden sähkömagneettisten kenttien ja säteilyn vaikuttaessa. Sopii erityisskenaarioihin, kuten ilmailu- ja avaruustekniikkaan, merenkulkuun tutkimukseen ja ydinvoimateollisuuden laitteisiin.

· Suuri mekaaninen lujuus:

Keramiikkapohjaiset levyt ovat kovia ja kestävät iskuja hyvin. Erityisesti piinitridi-keramiikkapiirilevyt kestävät värähtelyä ja törmäyksiä, mikä tekee niistä soveltuvia sellaisiin käyttöolosuhteisiin, joissa esiintyy runsaasti värinää, kuten ajoneuvoissa ja rautakulkuneuvoissa.

· Alhainen dielektrinen häviö:

Keramiikkamateriaaleilla on stabiili dielektrinen vakio ja alhainen dielektrinen häviö, mikä johtaa pieniin signaalin siirtotappioihin korkeataajuuspiireissä. Ne sopivat hyvin korkeataajuussovelluksiin, kuten 5G-antennin RF- moduleihin ja tuttolaitteisiin.

Keramiikkapiirikortin valmistusprosessi eroaa perinteisten FR-4-piirikorttien syövytysprosessista. Ydinkohtana on keramiikkapohjaisen alustan ja kuparikerrosten luotettava yhdistäminen. Pääasialliset prosessit voidaan jakaa seuraaviin kategorioihin, joilla kussakin on omat tekniset ominaisuutensa ja sovelluskohteensa:

Suora kuparilevylaminaatiomenetelmä

· Periaate: Kuparilevy ja alumiinioksidi/alumiininitridi-keramiikkapohja yhdistetään eutektisessa hitsauksessa korkeassa lämpötilassa (1065–1083 °C, lähellä kuparin sulamispistettä). Kupari-happi-keramiikka-eutektista reaktiota käytetään metallurgisen kiinnitystason muodostamiseen, jolloin kupari ja keramiikka saadaan luotettavasti kiinnitettyä toisiinsa.

· Prosessivaiheet : Keramiikkasubstraatin puhdistus → kuparilevyn leikkaus → Kupari- ja keramiikkalaminointi → korkean lämpötilan tyhjiö-eutektinen sintraus → jäähdytys → Piirien etsointi → valmiin tuotteen tarkastus.

· Avaintaajuudet:

Korkea liimapinta (leikkauslujuus ≥20 MPa), erinomainen lämmönjohtavuus (ei välitasoa);

Kuparikerroksen paksuudella on laaja valikoima vaihtoehtoja (0,1–3 mm), ja se tukee paksujen kuparipiirien suunnittelua.

Se kestää hyvin korkeita lämpötiloja ja lämpöshokkeja, ja sopii tehokkaisiin laitteisiin.

Haitat: Korkea sintrauslämpötila, tiukat vaatimukset laitteistolle, soveltuu vain alumiinioksidi- ja alumiininitridikeramiikkaan, ei yhteensopiva piinitridin kanssa.

Soveltuvat käyttökohteet: IGBT-modulin substraatit, latauspisteiden tehomoduulit, tehokkaiden LED-levyjen substraatit.

Aktiivisen metallin juottoprosessi

· Periaate: Kuparifolion ja keraamisen substraatin väliin lisätään tinata, jossa on aktiivisia metalleja, kuten titaania ja zirkoniumia. Tyhjiössä 800–950 °C:ssa aktiiviset metallit reagoivat keraamisen pinnan kanssa muodostaen kemiallisia sidoksia, samalla kun tinata sulaa kiinnittääkseen kuparifolion ja keramiikan. tinata sulaa ja kiinnittää kuparifolion ja keramiikan yhteen.

· Prosessivaiheet: Keraamisen substraatin esikäsittely → Tinattavan kerroksen levitys → Kuparifolion ja keramiikan laminoiminen → Tyhjiöpinnoitus → Piirien käsittely → Jälkikäsittely.

· Avaintaajuudet:

Sillä on laaja sopeutuvuus, eikä sitä voida käyttää kaikissa keraamisissa substraateissa, kuten alumiinioksidi-, alumiinitridi-, piinitridi- ym.

Sintrauslämpötila on matalampi kuin DBC:ssä, jolloin keraamiseen substraattiin kohdistuu vähemmän vahinkoa.

Suuri liitoslujuus ja erinomainen kestävyys kylmä- ja kuuma-kiertoihin (ei vikoja ≥1000 jälkeen syklissä -40–150 °C:ssa).

Haitat: Pinnoitetinatuksen kustannukset ovat korkeat, ja prosessin monimutkaisuus on suurempi kuin DBC:ssä.

Käyttökohdat: Piinitridi-keramiikkapiirit ilmailussa ja korkean luotettavuuden virtakannattimet ajoneuvoihin.

Paksukalvoprosessi

· Periaate: Metallipasta (hopea, kupari, palladium-hopea seos) pinnoitetaan keramiikkakantapintaan ruiskalaatupainomenetelmällä. Korkean lämpötilan sintrauksen jälkeen metallipasta kovettuu muodostaen johtavat piirit, mikä eliminoi tarpeen kuparilevyn pinnoitukselle.

· Prosessivaiheet: Keramiikkakannattimen puhdistus → metallipastan ruiskalaatupaino → kuivatus → korkean lämpötilan sintraus → useita painos/sintrauskertoja (piirin paksuutta tarvittaessa kasvatetaan) → eristekerroksen paino (jos tarvitaan monikerroksisia rakenteita) → valmiin tuotteen tarkastus.

· Avaintaajuudet:

Prosessi on joustava, kykenee valmistamaan hienoja piirejä ja tukee monikerroksista johdotusta.

Sillä on suhteellisen alhainen kustannustaso ja se soveltuu pienimuotoiseen ja räätälöityyn tuotantoon.

Haitat: Piirin lämmönjohtavuus on heikompi kuin kuparipäällysteisellä menetelmällä, kuparipasta on altis hapettumiselle, ja luotettavuus on hieman huonompi.

Käyttökohteet: Pienet anturipiirit, korkeataajuuskeramiikkapiirit lääketieteelliseen käyttöön, alaluokan keramiikkapohjaiset levyt.

Alhaisessa lämpötilassa tapahtuva sintrausmenetelmä

· Periaate: Keramiikkajauhe sekoitetaan orgaanisten sitovien aineiden kanssa muodostaakseen raakakeramiikkaliuskan. Reikiä porataan ja metallipastaa (hopea, kupari) täytetään raakakeramiikkaliuskan päälle muodostaakseen piirit/vias. Useita raakakeramiikkaliuskakerroksia pinotaan yhteen, jonka jälkeen ne sintrataan alhaisessa lämpötilassa muodostaakseen monikerroksisia keramiikkapiirejä kerralla.

· Prosessivaiheet: Raakaporraskalvojen valmistus → Poraus → Täyttö metallipastalla → Laminoiminen ja pinonti → alhainen sintraus → pintametallointi → valmiin tuotteen tarkastus.

· Avaintaajuudet:

Mahdollistaa tiheän monikerroksisen johdotuksen ja passiivisten komponenttien (vastukset, kondensaattorit) integroinnin pohjaan.

Korkea ulottuvuuden tarkkuus, lämpölaajenemiskerroin vastaa puolijohdepiirejä;

Haitat: Monimutkainen prosessi, pitkä sykli, korkea kustannus ja rajoitettu viivapaksuus.

Soveltuvat skenaariot: 5G-akselin RF-moduulit, miniatyriset keraamiset piirilevyt avaruusteollisuuteen, korkeataajuusviestintälaitteet.

Korkealämpötilainen yhteispolttoprosessi

· Periaate: Samankaltainen kuin LTCC, mutta käyttää puhdasta keraamista jauhetta, polttolämpötila on jopa 1500–1600 °C, ja metallihomogenaatti käyttää korkean sulamispisteen metalleja, kuten volframia ja molybdeenia.

· Avaintaajuudet:

Keraaminen materiaali on tiheää, ja sen mekaaninen lujuus sekä kuumuuskestävyys ylittävät LTCC:n huomattavasti.

Haittapuolet: Polttolämpötila on erittäin korkea, metallihomogenaatin sähkönjohtavuus on heikko ja kustannukset ovat kalliit.

Sovellettavat skenaariot: Äärimmäisen korkean lämpötilan ympäristöt, keraamiset piirilevylt ydinvoimateollisuuden laitteisiin.

Keraamiset piirit, joilla on erinomainen lämmönjohtavuus, korkean lämpötilan kestävyys ja eristysominaisuudet, käytetään pääasiassa korkean tason sovelluksissa, joissa vaaditaan tehokasta lämmönhallintaa ja luotettavuutta. Ydinalueet ja tarkat käyttökohteet ovat seuraavat:

Uusiutuvan energian ajoneuvojen alalla

· Ydinkomponentit: Latauspilarin tehomoduuli, ajoneuvon invertteri, moottoriohjain, akkujärjestelmän korkeajännitelevy, LED-ajoneuvolampun ohjaimen kanta

· Käyttötarkoitus:

Se kestää suuria virtoja, hajottaa lämmön nopeasti, kestää ajoneuvojen vaihtelevat korkeat ja matalat lämpötilat, varmistaa teholaitteiden vakaa toiminnan ja täyttää alumiininitridi-keramiikkapiirikorttien erittäin korkeat lämmönjohtavuusvaatimukset. alumiininitridi-keramiikkapiirikorttien lämmönjohtavuusvaatimukset.

Puolijohde- ja teholaitteiden ala

· Ydinkomponentit: IGBT-moduulin kantalevy, MOSFET-pakkauskantalevy, suuritehoisen LED:n lämmönpoistokantalevy, laserdiodin pakkauskantalevy, RF-teholahdistimen kantalevy.

· Käyttötarkoitus: Keramiikkakantalevyn lämpölaajenemiskerroin vastaa puolijohdepienten laajenemiskerrointa, mikä vähentää lämpöjännityksestä johtuvia vikoja. Sen lämmönjohtavuus on huomattavasti parempi kuin FR-4:llä, ja se ratkaisee suurtehoisten laitteiden lämmönhallintahaasteet. Erityisesti paksukalvotekniikalla valmistetut keramiikkapiirikortit sopivat hyvin ledien massatuotantoon.

Ilmailu-, avaruus- ja sotilasteollisuuden alat

· Ydinkomponentit: Ilmassa olevan tutkan tehomoduuli, satelliitin virtajakoalue, raketin moottoriohjausalue, ohjuksen ohjausjärjestelmän piiri, korkean tehon moottorikäyttöalue ilmanohjattaville lentolaitteille.

· Käyttötarkoitus:

Piinitridi (Si₃N₄) tai HTCC-prosessin keramiikkaiset PCB:t kestävät ääriarvoisia lämpötiloja, tärinää ja iskuja sekä säteilyä, mikä tekee niistä soveltuvia kovien olosuhteiden käyttöön avaruustekniikassa ja sotilaskäytössä teollisuudenaloissa.

Lääkintälaitteiden ala

· Ydinkomponentit: Korkeataajuinen sähkökirurginen leikkausterä -virtakanta, ydinmagneettinen resonanssi (MRI) -gradienttivahvistinalue, laserhoitolaitteen ohjausalue, hengityskoneen korkeajännitemoduuli.

· Käyttötarkoitus:

Korkea eristyskyky (vuotoriskin välttämiseksi), lämpökestävyys, stabiili signaalinsiirto, lääkintälaitteiden turvallisuus- ja luotettavuusvaatimukset täyttävä alumiinioksidi-hinta-suorituskyky keramiikkainen PCB soveltuu tavallisiin lääketieteellisiin skenaarioihin.

Teollisen ohjauksen ja korkean tason laitteiden ala

· Ydinkomponentit: Suurtaajuus induktiolämmityslaitteiston kantalevy, taajuusmuuttajan teho-osan kytkentälevy, teollisuusrobotin servokuljettimen piiri, korkealämpötilainen anturin signaalilevy, aurinkokennoinvertterin teholohko.

· Käyttötarkoitus:

Kestää teollisissa olosuhteissa korkeaa lämpötilaa, kosteutta ja värähtelyä, DBC/AMB-prosessin keramiikkaprinttien korkea lämmönjohtavuus takaa tehokkaiden komponenttien pitkän aikavälin vakaa toiminnan teollisuuden ohjauslaitteet.

5G-viestintä- ja radioaaltoalue

· Ydinkomponentit: 5G-tukiaseman RF-tehomoduuli, millimetriaaltoradarin kantalevy, satelliittiviestintälaitteiden korkeataajuuspiiri.

· Käyttötarkoitus:

LTCC-prosessin keramiikkaprintit mahdollistavat tiheän integraation ja passiivisten komponenttien upottamisen, niillä on alhainen dielektrinen häviö, mikä sopii hyvin korkeataajuiselle signaalin siirrolle, ja samalla ne täyttävät tukiasemien tehokomponenttien lämmönhajotustarpeet tukiasemien tehokomponenttien lämmönhajotustarpeet.

Erityiset ääriolosuhdealueet

· Ydinkomponentit: Ydinvoimateollisuuden laitteiden ohjauslevy, syvämeren tutkimusrobotin piirilevy, korkealämpötilainen teollisuusuunin anturikantalevy.

· Käyttötarkoitus:

Keramiikkaprinttikortit ovat säteilylle, korroosiolle ja korkealle lämmölle kestäviä. Niiden suorituskyky ei heikkeni ääriolosuhteissa, kuten ydin­säteilyssä, syvämeren korkeassa paineessa ja korkeassa lämpötilassa berylliumoksidi-keramiikkaprinttikortit soveltuvat ydin­teollisuuden käyttöön.