Ceramic pcb

Ceramic pcb ay isang matigas na printed circuit board na gumagamit ng mga keramik na materyales bilang insulating substrates, tulad ng aluminum oxide Al₂O₃, aluminum nitride AlN, silicon nitride Si₃N₄, at iba pa, at pinupunan ng copper foil upang mabuo ang conductive mga circuit. Kabilang ito sa mga high-end na espesyal na PCB. Ang pangunahing katangian nito ay ang thermal conductivity, insulation, at kakayahang lumaban sa mataas na temperatura nito na lubos na lumalampas sa mga tradisyonal na FR-4 PCB.

Bilang isang high-end na espesyal na PCB, ang mga pangunahing kalamangan ng ceramic PCB ay nakatuon sa mga mahahalagang aspeto tulad ng pagdidiskarga ng init, paglaban sa temperatura, insulation, at katatagan, ang mga sumusunod:

· Pinakamataas na kakayahan sa pagdidiskarga ng init:

Ang thermal conductivity ng mga keramik na substrate (lalo na ang aluminum nitride) ay maaaring umabot sa 170-230 W/(m · K), na higit sa 500 beses kaysa sa tradisyonal na FR-4 PCB (mga 0.3 W/(m · K)). Maaari nitong mabilis na isagawa ang init na nabuo ng mataas na kapangyarihan mga aparato, epektibong binabawasan ang pagtaas ng temperatura ng mga aparato, at maiiwasan ang thermal failure. Kompatibilidad ito sa mataas na heat flux density na mga sitwasyon tulad ng IGBT modules at mataas na kapangyarihan na mga led.

· Ultra-mataas na resistensya sa init:

Ang pangmatagalang operating temperature ay maaring umabot sa mahigit 200℃, at ang maikling panahong temperatura ay kayang matiis ang 500℃, na malinaw na mas mataas kaysa sa FR-4 PCB (≤130℃). Maaari itong umangkop sa matitinding temperatura na kapaligiran tulad ng aerospace at industriyal na mataas na temperatura na kagamitan nang hindi nagdudulot ng pagbaluktot o pagtanda ng substrate dahil sa mataas na temperatura.

· Mahusay na lakas ng pagkakainsula:

Breakdown voltage ≥10kV/mm, ang pagganap ng pagkakainsula ay malinaw na mas mataas kaysa sa FR-4 PCB, maaari itong gumana nang matatag sa mataas na boltahe na mga circuit, maiiwasan ang leakage at breakdown na panganib, at matutugunan ang mga kinakailangan sa kaligtasan ng pagkakainsula ng charging piles at mataas na boltahe na kagamitan sa industrial control.

· Magandang thermal compatibility:

Ang koepisyente ng thermal expansion ng ceramic substrates ay malapit sa mga semiconductor chips (tulad ng silicon chips), na maaaring magpabawas sa thermal stress dulot ng pagbabago ng temperatura, magpababa sa panganib ng pagkabasag at pagkaluwag sa ang koneksyon sa pagitan ng chip at ng substrate, at mapataas ang katiyakan at haba ng serbisyo ng device packaging.

· Kemikal at katatagan sa kapaligiran:

Lumalaban sa mga asido at alkali, radyasyon, at korosyon. Hindi bumababa ang kanyang pagganap sa mahihirap na kapaligiran tulad ng kahalumigmigan, matitinding electromagnetic field, at radyasyon. Angkop ito sa mga espesyal na sitwasyon tulad ng aerospace, dagat na eksplorasyon at kagamitan sa nukleyar na industriya.

· Mataas na lakas na mekanikal:

Ang ceramic substrates ay may mataas na katigasan at matibay sa pag-impact. Lalo na ang silicon nitride ceramic circuit board, kayang matiis ang mga mekanikal na tensyon tulad ng pag-vibrate at pagbangga, kaya angkop ito sa mga kondisyon na madalas mag-vibrate tulad sa mga sasakyan at riles na transportasyon.

· Mababang dielectric loss:

Ang mga ceramic na materyales ay may matatag na dielectric constant at mababang dielectric loss, na nagdudulot ng maliit na signal transmission loss sa mga high-frequency circuit. Ang mga ito ay angkop para sa mga high-frequency na aplikasyon tulad ng 5G base station RF mga module at radar equipment.

Iba-iba ang proseso ng paggawa ng ceramic circuit board sa etching process ng tradisyonal na FR-4 PCBs. Ang pokus ay nasa maaasahang pagsasama ng ceramic substrates at copper layers. Ang mga pangunahing proseso ay maaaring i-classify sa mga sumusunod na kategorya, kung saan bawat isa ay may sariling teknikal na katangian at angkop na aplikasyon:

Direct copper clad lamination process

· Pangunahing prinsipyo: Ang tanso na pelikula at aluminyo oksido/aluminyo nitride na keramik na substrate ay pinagsama sa pamamagitan ng eutectic welding sa mataas na temperatura (1065~1083℃, malapit sa punto ng pagkatunaw ng tanso). Ang tanso-oksiheno-keramik na eutectic reaksyon ay ginagamit upang makabuo ng isang metallurgical bonding layer, na nagtataguyod ng matibay na pagkakadikit sa pagitan ng tanso at keramika.

· Mga hakbang sa proseso : Paglilinis ng keramik na substrate → pagputol ng tanso na pelikula → Pagkakabit ng tanso na pelikula at keramik → mataas na temperatura na vacuum eutectic sintering → paglamig → Pag-etch ng circuit → inspeksyon ng tapos na produkto.

· Mga pangunahing katangian:

Matibay ang pagkakadikit (shear strength ≥20MPa), mahusay na thermal conductivity (walang intermediate bonding layer);

Malawak ang pagpipilian sa kapal ng tansong layer (0.1 hanggang 3mm), at sumusuporta sa disenyo ng makapal na tansong circuit.

May magandang paglaban sa mataas na temperatura at thermal shock, at angkop para sa mga high-power device.

Mga kahinaan: Mataas na temperatura ng sintering, mahigpit na mga pangangailangan para sa kagamitan, angkop lamang para sa alumina at aluminum nitride ceramics, hindi tugma sa silicon nitride.

Mga aplikableng sitwasyon: Mga substrate ng IGBT module, mga power module para sa charging pile, mga substrate ng mataas na kapangyarihan na LED.

Proseso ng pagbubuyod na may aktibong metal

· Pangunahing prinsipyo: Sa pagitan ng copper foil at ceramic substrate, idinadagdag ang solder na naglalaman ng aktibong metal tulad ng titanium at zirconium. Sa ilalim ng vacuum na kapaligiran na may temperatura na 800 hanggang 950℃, ang mga aktibong metal ay sumasailalim sa reaksiyong kimikal upang bumuo ng mga ugnayang kimikal sa ibabaw ng ceramic, samantalang natutunaw ang solder upang ikabit ang copper foil at ceramic. reaksiyon sa ibabaw ng ceramic upang bumuo ng mga ugnayang kimikal, samantalang natutunaw ang solder upang ikabit ang copper foil at ceramic.

· Mga hakbang sa proseso: Paunang paggamot sa ceramic substrate → Pagpapahid ng solder → Pagkakabit ng copper foil at ceramic → Vacuum brazing → Paggawa ng circuit → Huling paggamot.

· Mga pangunahing katangian:

Ito ay may malawak na kakayahang umangkop at maaaring gamitin sa lahat ng uri ng ceramic substrate tulad ng alumina, aluminum nitride, silicon nitride, at iba pa.

Mas mababa ang temperatura ng sintering kaysa DBC, na nagdudulot ng mas kaunting pinsala sa ceramic substrate.

Matibay na bonding at mahusay na paglaban sa pagbabago ng temperatura (walang pagkabigo matapos ang ≥1000 cycles sa -40 hanggang 150℃).

Kalakasan: Mataas ang gastos ng brazing solder, at mas mataas ang kumplikadong proseso kaysa DBC.

Mga aplikableng sitwasyon: Silicon nitride ceramic PCBS para sa aerospace, mataas na katiyakan na power substrates para sa mga sasakyan.

Proseso ng thick film

· Pangunahing prinsipyo: Ang metal slurry (pilak, tanso, paladium-pilak haluang metal) ay pinapahid sa ibabaw ng ceramic substrate gamit ang screen printing. Matapos ang mataas na temperatura ng sintering, tumigas ang metal slurry upang mabuo ang conductive circuits, na nag-aalis ng pangangailangan para sa copper foil coating.

· Mga hakbang sa proseso: Paglilinis ng ceramic substrate → Screen printing ng metal paste → pagpapatuyo → mataas na temperatura ng sintering → maramihang pag-print/pagsinter (papalakasin ang circuit ayon sa kinakailangan) → Pag-print ng insulation layer (kung kailangan ang maraming layer) → pagsusuri ng tapos na produkto.

· Mga pangunahing katangian:

Ang proseso ay nababaluktot, kayang gumawa ng mahuhusay na sirkito at sumusuporta sa multi-layer wiring.

Ito ay may relatibong mababang gastos at angkop para sa produksyon na maliit ang batch at customized.

Mga di-makabuluhang aspeto: Mas mababa ang thermal conductivity ng sirkito kumpara sa copper-clad process, madaling ma-oxidize ang copper paste, at bahagyang mas mababa ang reliability.

Mga aplikasyon: Mga circuit board ng maliit na sensor, high-frequency ceramic pcb para sa medical equipment, mga ceramic substrate na low-end.

Low-temperature co-firing ceramic process

· Pangunahing prinsipyo: Pinaghalo ang ceramic powder kasama ang organic binders upang makabuo ng hilaw na ceramic tapes. Dinudurog ang mga butas at isinusulputan ng metal slurry (pilak, tanso) ang mga hilaw na ceramic tapes upang makabuo ng mga sirkito/vias. Matapos ipunin ang maramihang layer ng hilaw na ceramic tapes, pinagsamang pinapasingawan sa mababang temperatura upang magawa nang sabay ang multi-layer ceramic PCBs.

· Mga hakbang sa proseso: Paghahanda ng mga hilaw na tira ng porseleyang strip → Pagbabarena → Pagsusulputan ng metal na kumpol → laminasyon at pag-aayos → mababang temperatura na sabay-sabay na pagpapalakal → panlalat ng ibabaw → inspeksyon ng tapos na produkto.

· Mga pangunahing katangian:

Maaari itong makamit ang mataas na densidad na multi-layer wiring at isama ang pasibong mga sangkap (resistors, capacitors) sa loob ng substrate.

Tumpak na dimensyon, na may koepisyente ng thermal expansion na tugma sa mga semiconductor chip;

Mga di-kalamangan: Kahirapan ng proseso, mahaba ang siklo, mataas ang gastos, at limitado ang kapal ng linya.

Mga aplikableng sitwasyon: Mga RF module ng 5G base station, miniaturisadong ceramic pcb board para sa aerospace, mga kagamitan sa komunikasyon ng mataas na dalas.

Proseso ng mataas na temperatura na sabay-sabay na pagpapalakal ng ceramic

· Pangunahing prinsipyo: Katulad ng LTCC, ngunit gumagamit ng purong ceramic pulbos, ang sintering temperature ay aabot sa 1500 hanggang 1600℃, at ang metal slurry ay gumagamit ng mataas na melting point na metal tulad ng tungsten at molybdenum.

· Mga pangunahing katangian:

Ang ceramic ay may mataas na densidad, at ang mekanikal na lakas nito at resistensya sa mataas na temperatura ay malaki pang lumalampas sa mga LTCC.

Mga Di-Bentahe: Ang temperatura ng sintering ay sobrang mataas, mahina ang conductivity ng metal slurry, at mahal ang gastos.

Mga Aplikableng Sitwasyon: Mga sobrang mataas na temperatura, mga ceramic PCB para sa kagamitan sa nuklear na industriya.

Ang ceramic PCB, na may mahusay na thermal conductivity, resistensya sa mataas na temperatura, at pagkakabukod, ay pangunahing ginagamit sa mga high-end na aplikasyon na may mahigpit na pangangailangan para sa pagdissipate ng init at reliability. Ang mga pangunahing larangan at tiyak na aplikasyon ay ang mga sumusunod:

Sa larangan ng mga bagong sasakyang de-koryente

· Mga pangunahing sangkap: Modyul ng power ng charging pile, on-board inverter, controller ng motor, high-voltage board ng battery management system, driver substrate ng LED vehicle lamp.

· Dahilan ng paggamit:

Ito ay kayang maghatid ng malalaking kuryente, mabilis na magpapalamig, tumitiis sa palitan ng mataas at mababang temperatura sa loob ng sasakyan, tinitiyak ang matatag na operasyon ng mga power device, at natutugunan ang napakataas na thermal conductivity requirements ng aluminum nitride ceramic PCB.

Larangan ng semiconductor at mga power device

· Mga pangunahing sangkap: Substrate ng IGBT module, substrate para sa pag-iimpake ng MOSFET, substrate para sa pagdissipate ng init ng high-power LED, substrate para sa pag-iimpake ng laser diode, substrate ng RF power amplifier.

· Dahilan ng paggamit: Ang thermal expansion coefficient ng ceramic substrates ay tugma sa mga semiconductor chips, na nagpapabawas sa thermal stress failure. Ang thermal conductivity nito ay mas mataas kaysa sa FR-4, na nakakasolusyon sa problema sa heat dissipation ng high-power devices. Kabilang dito, ang thick-film process ceramic substrate PCBS ay angkop para sa pangangailangan sa mass production ng mga LED.

Mga larangan ng aerospace at militar

· Mga pangunahing sangkap: Airborne radar power module, satellite power distribution board, rocket engine control board, missile guidance system circuit board, unmanned aerial vehicle high-power motor drive board.

· Dahilan ng paggamit:

Ang silicon nitride (Si₃N₄) o HTCC process ceramic PCBS ay lumalaban sa matinding temperatura, vibration at shock, at radiation, na nagiging angkop para sa mahihirap na kondisyon sa aerospace at militar. industriya.

Larangan ng mga kagamitang medikal

· Mga pangunahing sangkap: High-frequency electrosurgical knife power substrate, nuclear magnetic resonance (MRI) gradient amplifier board, laser treatment equipment control board, high-voltage power supply module para sa ventilator.

· Dahilan ng paggamit:

Matinding lakas ng pagkakainsula (upang maiwasan ang panganib ng pagtagas), mataas na resistensya sa temperatura, matatag na paghahatid ng signal, sumusunod sa mga pamantayan ng kaligtasan at katiyakan ng kagamitang medikal, ang gastos at pagganap ng alumina ang ceramic PCB ay angkop para sa karaniwang mga senaryo sa medisina.

Ang larangan ng pang-industriyang kontrol at mataas na antas na kagamitan

· Mga pangunahing sangkap: Substrate ng high-frequency induction heating equipment, yunit ng power inverter, board ng servo driver ng industrial robot, board ng signal ng sensor na mataas ang temperatura, power board ng photovoltaic inverter.

· Dahilan ng paggamit:

Lumalaban sa mataas na temperatura, kahalumigmigan at pag-vibrate sa mga pang-industriyang kapaligiran, ang mataas na thermal conductivity ng DBC/AMB process ceramic PCBs ay nagagarantiya ng matatag na operasyon sa mahabang panahon ng high-power mga kagamitang pang-industriya.

Ang larangan ng 5G komunikasyon at radio frequency

· Mga pangunahing sangkap: 5G base station RF power module, substrate ng millimeter-wave radar, high-frequency board para sa kagamitang satellite communication.

· Dahilan ng paggamit:

Ang mga ceramic PCB sa prosesong LTCC ay kayang makamit ang mataas na integrasyon ng densidad at embedding ng pasibong komponen, na may mababang dielectric loss, angkop para sa mataas na dalas na transmisyon ng signal, at katuwang nito ay nakakatugon sa mga pangangailangan sa pagdissipate ng init ng mga power device ng base station.

Mga espesyal na larangan ng matinding kapaligiran

· Mga pangunahing sangkap: Board ng kontrol ng kagamitan sa nuklear na industriya, circuit board ng robot para sa pag-explore sa kalaliman ng dagat, substrate ng sensor para sa mataas na temperatura na industrial furnace.

· Dahilan ng paggamit:

Ang mga ceramic PCB ay lumalaban sa radyasyon, korosyon, at mataas na temperatura. Ang kanilang pagganap ay hindi bumababa sa matinding kapaligiran tulad ng nuklear na radyasyon, mataas na presyon sa kalaliman ng dagat, at mataas na temperatura na hurno. Ang beryllium oxide ceramic PCB ay angkop para sa mga sitwasyon sa nuklear na industriya.