Keramická deska plošných spojů

Mezi běžné materiály patří oxid hlinitý (Al₂O₃, čistota 60 %–96 %), nitrid hlinitý (AlN) a oxid berylia (BeO, postupně nahrazován kvůli toxicitě). 96% oxid hlinitý představuje více než 60 % aplikací.

Al₂O₃ (96 %) má přibližně 25 W/m·K, AlN dosahuje 170–230 W/m·K a oxid berylia (BeO) má asi 250 W/m·K.

Oxid hlinitý (6–7 ppm/°C), nitrid hlinitý (4,5 ppm/°C), mnohem nižší než 18–22 ppm/°C u FR4.

Při pokojové teplotě je izolační odpor substrátů Al₂O₃ > 10¹⁴Ω a u substrátů AlN je > 10¹³Ω.

Dielektrická konstanta 96% oxidu hlinitého je asi 9,8 (1 MHz) a AlN asi 8,5 (1 MHz).

Provozní teplota: -55 ℃ ~ 300 ℃, krátkodobě odolává vysokým teplotám přesahujícím 800 ℃.

Tvrdost podle Mohse je 6-9, oxid hlinitý (96 %) dosahuje úrovně 7, s vysokou obtížností zpracování.

Al₂O₃ (96 %) má přibližně 3,85 g/cm³ a ​​AlN má asi 3,26 g/cm³.

Nízké dielektrické ztráty (tanδ

Míra absorpce vody

Proces výroby silnovrstvých vrstev (sítotisk), proces výroby tenkovrstvých vrstev (naprašování/odpařování), proces společného vypalování (HTCC/LTCC) atd.

Teplota slinování HTCC je 1500–1600 ℃, LTCC je 850–900 ℃; LTCC umožňuje integraci pasivních součástek s vyššími náklady.

Tenkovrstvý proces může dosáhnout šířky/rozteče čar 10 μm/10 μm a silnovrstvý proces je asi 100 μm/100 μm.

Minimální průměr otvoru pro laserové vrtání je 50 μm a pro mechanické vrtání 100 μm.

Přímé lepení mědi (DBC), pájení aktivním kovem (AMB), potisk tlustovrstvým filmem.

Běžná tloušťka měděné vrstvy je 0,1–0,3 mm, maximálně do 0,5 mm.

Pevnost spoje >25N/mm, doba tepelného cyklu přesahuje 1000krát (-40℃~150℃).

Tenkovrstvý proces Ra

Řezání laserem, kostkování, mechanické řezání. Přesnost řezání laserem je ±25 μm.

Výtěžnost tenkovrstvého procesu je asi 85 %–90 % a silnovrstvého procesu asi 90 %–95 %.

Vyhněte se konstrukci s ostrým úhlem, poloměr zaoblení ≥0,2 mm; v oblastech s koncentrovaným tepelným namáháním přidejte otvory pro odvod tepla.

Prostřednictvím spojování typu „flip chip“, spojování drátem, eutektické svařování atd. Spojování typu „flip chip“ má tepelný odpor až 0,5 ℃/W.

Základnové stanice 5G (ztráta signálu

Snížení tepelného odporu. Použití AlN substrátů v IGBT modulech může snížit tepelný odpor na 1,5 ℃/W.

Lze jej použít v řídicích jednotkách motoru (ECU), s vynikající odolností vůči vysokým teplotám a vibracím.

Vysoce výkonné substráty pro odvod tepla LED s tepelným odporem redukovatelným pod 3 °C/W.

Pro 1oz měděnou fólii při nárůstu teploty o 10 °C může vodič o šířce 1 mm nést přibližně 2 A.

Díky procesům společného vypalování může LTCC dosáhnout maximálně více než 100 vrstev.

Pevnost v ohybu Al₂O₃ (96 %) je >300 MPa a pevnost v ohybu AlN >350 MPa.

Odolnost proti záření (odolnost dávce 10⁶Gy), nízká hmotnost (hustota přibližně 1/3 kovových substrátů).

Zkouška teplotními cykly (-40 ℃ ~ 125 ℃, 1000krát), zkouška vlhkým teplem (85 ℃ / 85 % relativní vlhkosti, 1000 hodin).

Praskání metalizační vrstvy (doba cyklu selhání substrátu Al₂O₃ DBC je přibližně 500–800krát).

Tloušťka 1 mm odolá napětí ≥5 kV, počátečnímu napětí částečného výboje >2 kV.

Zkouška odlupování pásky (páska 3M 610), bez odlupování kovové vrstvy.

Za normálních provozních podmínek může dosáhnout více než 10 let a v prostředí s vysokou teplotou a vysokou vlhkostí se zkracuje na 5 let.

Rentgenová detekce, ultrazvukový skenovací mikroskop (C-SAM) s rozlišením až 10 μm.

Sinusové vibrace 5-2000Hz, zrychlení 5g, výdrž 2 hodiny bez prasklin.

96hodinový test v solné mlze (5% roztok NaCl), žádná koroze metalizované vrstvy.

Model lidského těla (HBM) >2kV, model stroje (MM) >200V.

-40℃~150℃, doba převodu

Cena keramických substrátů je 5–10krát vyšší než u FR4, a to především kvůli složitým materiálům a procesům.

Hromadná výroba, optimalizace procesů (například použití silného filmu místo tenkého filmu), výběr levných materiálů (například 60% oxid hlinitý).

Lepší izolační výkon (kovové podklady potřebují izolační vrstvy) a koeficient tepelné roztažnosti je lépe přizpůsoben třískám.

Oxid hlinitý (60 %)

Typ materiálu, složitost procesu, počet vrstev, velikost, objednané množství.

Lze dosáhnout procesem rigid-flex, s nárůstem nákladů o 20 %–30 %.

Představuje přibližně 15–20 % celkových nákladů a zlepšení výnosu je může výrazně snížit.

Pokud objednané množství přesáhne 5 000 kusů, jednotková cena se výrazně sníží.

Dlouhý vývojový cyklus (3–6 měsíců), vysoké náklady na formu (asi 50 000–100 000 juanů).

Výkon odvodu tepla u AlN substrátů je třikrát vyšší než u hliníkových desek plošných spojů, ale cena je čtyřikrát vyšší.

Upevnění šrouby nebo lepení tepelně vodivým lepidlem (tepelný odpor

Vrcholová teplota při pájení reflow: 240-260 ℃, doba trvání

Zpracovatelné, ale vysoká teplota může způsobit praskání keramiky s úspěšností přibližně 70 %.

Čistěte ultrazvukem s IPA (isopropylalkoholem) po dobu

Udržujte vlhkost provozního prostředí na 40 %–60 % a noste antistatické náramky.

Vyberte materiály s podobnými koeficienty tepelné roztažnosti a mezery vyplňte tepelně vodivým silikonovým mazivem.

Nedoporučuje se, protože tepelné namáhání může způsobit praskání keramiky.

Utahovací moment pro šrouby M3: 0,8–1,2 N·m, aby se zabránilo koncentraci napětí.

Detekujte aktivní oblasti pomocí infračerveného termovizního zobrazování a kontrolujte konektivitu pomocí testování odporu.

Skladování: vlhkost

IPC-6012 (Výkonnostní specifikace pro pevné desky plošných spojů), MIL-P-55110 (Vojenská norma).

Certifikace UL (zpomalovač hoření), certifikace RoHS (bez nebezpečných látek), ISO 9001.

Splňuje požadavky na odolnost vůči vibracím a nárazům podle standardů MIL-STD-810G.

Vyžadují certifikace AEC-Q100 (čipy) a AEC-Q200 (pasivní součástky).

Dodržujte předpisy EU REACH, které omezují používání nebezpečných látek, jako je olovo a kadmium.

Splňuje normu UL 94 V-0 (bez šíření plamene), kyslíkový index >30 %.

Dodržujte systém managementu kvality zdravotnických prostředků podle normy ISO 13485.

Vyžaduje se certifikace systému managementu jakosti v leteckém průmyslu dle AS9100.

Splňuje normy pro elektromagnetické záření EN 55032, emise šířené vedením

Certifikační orgány třetích stran: SGS, TÜV, Intertek.

Zkontrolujte proces lepení (např. oxidace měděné fólie DBC) a povrch znovu ošetřete.

Menší trhliny vyplňte epoxidovou pryskyřicí; v případě silných trhlin podklad vyměňte.

Upravte teplotní profil pájení a kontrolujte aktivitu tavidla (stupeň RA).

Optimalizujte zapojení, používejte materiály s nízkou dielektrickou konstantou a přidejte zemnící vrstvy.

Zkontrolujte tepelné vodivé cesty a otestujte tepelný odpor (cíl

Nerovnoměrný proces spékání nebo nedostatečné tepelné odlehčení; optimalizujte výrobní proces.

Pro odstranění organických zbytků vyčistěte plazmou.

Zkouška izolačního odporu (1000 V DC) pro lokalizaci míst úniku.

Posilujte ochranné povlaky (např. nikl-zlato) a vyhýbejte se korozivním plynům.

Zvětšete tloušťku substrátu (≥0,5 mm) a optimalizujte design rohů.

Ztenčení (

Nitrid křemíku (Si₃N₄) s vysokou tepelnou vodivostí (100 W/m·K) a pevností.

Keramický 3D tisk realizoval komplexní struktury pro odvod tepla s přesností 50 μm.

Optimalizujte rozložení tepla pomocí simulačních algoritmů a zkraťte tak návrhový cyklus o 30 %.

Používá se v výkonových modulech SiC s ročním tempem růstu trhu přesahujícím 20 %.

Nízké dielektrické ztráty splňují potřeby vysokofrekvenční komunikace, přičemž se očekává, že poptávka do roku 2025 vzroste o 50 %.

Silnovrstvé pasty na vodní bázi nahrazují organická rozpouštědla a snižují emise těkavých organických sloučenin.

Obtížnost s porovnáváním koeficientů tepelné roztažnosti, což vyžaduje materiály nárazníkové vrstvy.

EUV litografie dosahuje obvodů na úrovni 10 nm, které jsou v současné době ve fázi laboratorního vývoje.

Vysoká stabilita při nízkých teplotách by z nich mohla udělat nosiče pro kvantové čipy.

Maximální teplotní odolnost: 800 ℃, vyžadující vysokoteplotní metalizační materiály (např. metoda molybden-mangan).

Odolává tlaku 100 MPa a dosahuje krytí IP68 díky zalévání.

K stínění neutronového záření použijte radiačně odolnou keramiku (např. karbid křemíku).

Řízení charakteristické impedance (50 Ω) a snížení dielektrických ztrát (tanδ

Použijte mikrokanálové struktury pro odvod tepla s hustotou tepelného toku až 100 W/cm².

Je vyžadována pasivace povrchu, splňuje požadavky biologického testování podle normy ISO 10993.

Vysoká teplotní odolnost a izolace, což zlepšuje účinnost systému o 1–2 %.

Splňuje požadavky na izolaci pro vysokonapěťový stejnosměrný proud (HVDC), odolnost proti napětí ≥10 kV.

Používejte tlumiče nárazů a vyhněte se vnějším budicím frekvencím pro vlastní frekvenci.

Integrace s MEMS čipy pro dosažení miniaturizace a nízkopříkonového designu