Печатная плата с керамической подложкой:подробное руководство

Как правило, происходит технологическая революция, в результате которой от традиционных CEM-3 и FR-4 отказываются из-за плохой теплопроводности. Вместо них мы увидели рыночный спрос на высокоинтегральные печатные платы с системами рассеивания звука (высокая термостойкость в наружной среде). В сегодняшней публикации дается краткий обзор печатной платы с керамической подложкой.

Что такое керамическая подложка?

Керамическая подложка представляет собой уникальную технологическую печатную плату с теплопроводностью 9-20 Вт/м·К, изготовленную при высоких температурах до 250°С. Производители подготавливают подложку, напрямую связывая медную фольгу с нитридом алюминия (AIN) или оксидом алюминия (Al₂ О₃ ) поверхности.

Его электрические и тепловые характеристики делают его лучше, чем у большинства печатных плат с металлическим сердечником в индустрии печатных плат.

Алюминий с медным покрытием

Преимущества печатной платы на керамической подложке

Печатная плата с керамической подложкой имеет ряд преимуществ, что делает ее идеальной для различных продуктов, таких как;

Материальные преимущества

• Поскольку медный слой не образует оксидного слоя, его можно долго использовать в восстановительной атмосфере.
• Во-вторых, он обладает жесткой устойчивостью к химической эрозии и универсальными/герметичными упаковками, предотвращающими водопоглощение.
• В-третьих, он обладает высокой надежностью в аэрокосмической отрасли, устойчив к космическим лучам и не содержит органических компонентов.
• Тогда можно получить сборку высокой плотности с низким термическим сопротивлением.
• Кроме того, он имеет низкие высокочастотные потери и хорошую электрическую изоляцию, что позволяет ему выдерживать суровые внешние условия.
• Помимо использования высокой температуры при пайке, керамическая подложка обладает хорошей паяемостью.
• Кроме того, его можно безопасно эксплуатировать при температуре до 350°C.
• Это металлическая пленка с более низким и более сильным электрическим сопротивлением (керамическая печатная плата из глинозема).
• Кроме того, керамические печатные платы экономичны и идеально подходят для тяжелых условий эксплуатации.
• Наконец, он имеет более подходящий коэффициент теплового расширения и более высокую теплопроводность.

Технические преимущества

Технологии LAM и DPC постепенно заменяют традиционные платы, такие как технологии DBC и LTCC, по многим причинам.

• Например, технология лазерного бурения имеет большое практическое значение, поскольку она точна, быстра и эффективна.
• Следовательно, между керамическим и металлическим слоями схемы имеются хорошие электрические свойства и высокая прочность сцепления.
• Также предусмотрено сквозное соединение, позволяющее клиентам подобрать индивидуальное решение для продукта.

Покрытие сквозных отверстий на электронной плате

Какие существуют типы керамических подложек?

По материалам

 Аль ₂ О ₃

Наша первая подложка, безусловно, наиболее часто используется в электронной промышленности. Причинами его популярности являются его электрические, термические и механические свойства, делающие его химически стабильным и более прочным по сравнению с другой оксидной керамикой. Ал₂ О₃ также богат сырьем.

Структура оксида алюминия

Приложения; Керамическое изделие идеально подходит для изготовления нескольких различных форм.

AlN (керамическая плита из нитрида алюминия)

Печатная плата на основе керамики AlN имеет две важные особенности, о которых стоит знать;

• Коэффициент расширения соответствует Si.
• Высокая теплопроводность.

Однако у него есть недостатки, например, он дороже, чем Al₂. О₃ и даже тонкий оксидный поверхностный слой, влияющий на его теплопроводность. К счастью, вы можете контролировать процесс и материалы при производстве подложки AlN, чтобы получить продукт с хорошей консистенцией. Кроме того, технологические достижения могут вскоре повлиять на цены на плиты из нитрида алюминия.

Приложения Подложки для электронных материалов (корпусов) и радиаторы для отвода тепла от горячих точек.

 BeO

По сравнению с металлическим алюминием BeO имеет более высокую теплопроводность и подходит для приложений, требующих высокой теплопроводности.

Кроме того, помните, что иногда он бывает токсичным и, следовательно, обычно не развивается.

Заключение; Керамика из оксида алюминия, как мы видели, обладает свойствами и превосходными комплексными характеристиками, которые по-прежнему делают ее доминирующей в различных областях. Например, вы найдете их в силовых модулях, гибридной микроэлектронике и силовой электронике.

Они обеспечивают высокую механическую прочность, химическую стабильность, хорошие диэлектрические и термические свойства.

В зависимости от производственного процесса

Керамическая микроэлектроника с совместным обжигом

Высокотемпературная керамическая печатная плата/схема из высокотемпературной многослойной керамики (HTCC)

Этот тип печатной платы может выдерживать высокие температуры (выше 1300 градусов по Цельсию). Уникальный производственный процесс включает в себя создание новой керамики путем объединения смазки, оксида алюминия, клея, пластификатора и растворителя.

После этого производители покрывают новую керамику и наносят рисунок цепи на драгоценные металлы из вольфрама, марганца или молибдена. Печатные платы выпекаются около 48 часов при температуре от 1300 до 1700°C после ламинирования в газовой среде с газообразным водородом.

Однако из-за высоких температур совместного обжига в нем отсутствуют многие металлические проводящие материалы.

Низкотемпературная керамическая печатная плата/схема низкотемпературной керамики совместного обжига (LTCC) 

Производители используют материалы из хрусталя и клеящие вещества (органическое связующее) для создания низкотемпературных керамических печатных плат. Они наносят оба материала на металлический лист с золотой пастой. Затем они разрезают и ламинируют плату перед тем, как поместить печатную плату в газовую печь при температуре 900°C.

Преимущества

• Он меньше коробится и лучше усаживается, чем HTCC.
• Кроме того, он имеет более высокую механическую прочность и теплопроводность, чем другие типы подложек.

Приложения; Продукты без нагрева, такие как светодиодные фонари.

Толстопленочная керамическая печатная плата

В толстопленочном процессе производители наносят золото и диэлектрические пасты на керамический основной материал. Затем они запекают материал при рабочей температуре 1000°C или ниже. Они предпочитают толстопленочную керамику из-за ее способности предотвращать окисление меди.

Таким образом, производители могут использовать электронные компоненты, такие как резисторы, электрические конденсаторы, проводники, полупроводники и сменные проводники на керамической плате.

Технология толстой пленки

Часто это предпочтительный выбор, если вы беспокоитесь об окислении. Кроме того, токопроводящий слой толстопленочной керамической печатной платы не должен быть толще 13 микрон.

• DBC (медь прямого соединения)

В технологии используется кислородсодержащий эвтектический раствор меди для непосредственного размещения металлической меди на керамической печатной плате. Часто его основной принцип заключается в введении необходимого количества O₂ между керамикой и медью во время или после процесса осаждения. Два материала образуют эвтектическую жидкость Cu-O в температурном диапазоне от 1065 до 1083°C.

• DPC (Direct Plate Copper)/подложка с медным покрытием

Вариант керамического материала часто подвергается описанному ниже процессу;

Производители начинают с предварительной обработки и очистки керамической подложки. Затем они используют профессиональную технологию производства пленки — метод вакуумного покрытия, чтобы напылить и приклеить медно-металлический композитный слой к подложке.

Далее фоторезистор с литографией желтого света подвергается переэкспонированию, проявлению и травлению. Наконец, процесс удаления пленки становится завершенным, и теперь производители увеличивают толщину схем путем химического или гальванического осаждения.

Удаление фоторезиста завершает схему металлизации.

• LAM (металлизация с лазерной активацией)

Быстрая лазерная технология ионизирует металл и керамику с помощью высокоэнергетического лазерного луча. После этого два компонента срастаются, повышая их прочность в процессе металлизации.

Применение керамической печатной платы

Благодаря своим особенностям, таким как высокая теплопроводность, низкая диэлектрическая проницаемость и т. д., керамические печатные платы используются в перечисленных ниже приложениях.

• Улица, яркий свет,
• Полупроводниковое технологическое оборудование, 
• Телекоммуникационное устройство,
• Датчик,

(разные типы датчиков)

• Солнечная батарея,
• Система автомобильного освещения,
• Светодиоды,

(светодиодная лампа)

• Цифровая и аналоговая печатная плата,
• Модуль передачи/приема,
• Солнечные панели,
• Твердотельное реле (SSR),
• Высокоточный тактовый генератор, OCXO, TCXO, VCXO,
• Мощные цепи,
• Модуль "чип на плате" и 
• Модуль памяти.

Керамическая печатная плата VS FR4

Теперь мы сравним керамические многослойные материалы и плиты FR4 на основе нескольких критериев ниже.

Заключение

В заключение, керамические печатные платы эффективны в нескольких отраслях, таких как электронная промышленность, в зависимости от ваших производственных потребностей и конструкций. Они также обеспечивают качественные характеристики, такие как термический КПД, хорошая электропроводность и механическая прочность.

Пожалуйста, свяжитесь с нами, если вы хотите узнать больше о материалах керамической подложки.