برد مدار چاپی سرامیکی

مواد رایج شامل اکسید آلومینیوم (Al₂O₃، خلوص 60%-96%)، نیترید آلومینیوم (AlN) و اکسید بریلیم (BeO، که به دلیل سمیت به تدریج جایگزین شده است) هستند. اکسید آلومینیوم 96% بیش از 60% کاربردها را تشکیل می‌دهد.

Al₂O₃ (96%) تقریباً 25 وات بر متر مکعب در کلوین، AlN به 170-230 وات بر متر مکعب در کلوین و اکسید بریلیم (BeO) حدود 250 وات بر متر مکعب در کلوین است.

اکسید آلومینیوم (6-7 ppm/°C)، نیترید آلومینیوم (4.5 ppm/°C)، بسیار کمتر از FR4 با 18-22 ppm/°C.

در دمای اتاق، مقاومت عایقی زیرلایه‌های Al₂O₃ >10¹⁴Ω و زیرلایه‌های AlN >10¹³Ω است.

ثابت دی‌الکتریک اکسید آلومینیوم ۹۶٪ حدود ۹.۸ (۱ مگاهرتز) و ثابت دی‌الکتریک AlN حدود ۸.۵ (۱ مگاهرتز) است.

دمای کارکرد: -55℃~300℃، می‌تواند در برابر دمای بالای کوتاه‌مدت بیش از 800℃ مقاومت کند.

سختی موس 6-9 است، اکسید آلومینیوم (96٪) به سطح 7 می‌رسد و سختی پردازش بالایی دارد.

Al₂O₃ (96%) تقریباً 3.85 گرم بر سانتی‌متر مکعب و AlN حدود 3.26 گرم بر سانتی‌متر مکعب است.

تلفات دی‌الکتریک کم (tanδ

میزان جذب آب

فرآیند لایه ضخیم (چاپ سیلک)، فرآیند لایه نازک (پراکندگی/تبخیر)، فرآیند پخت همزمان (HTCC/LTCC) و غیره

دمای پخت HTCC بین ۱۵۰۰ تا ۱۶۰۰ درجه سانتیگراد و LTCC بین ۸۵۰ تا ۹۰۰ درجه سانتیگراد است؛ LTCC می‌تواند اجزای غیرفعال را با هزینه بالاتر ادغام کند.

فرآیند لایه نازک می‌تواند به عرض/فاصله خط 10μm/10μm و فرآیند لایه ضخیم حدود 100μm/100μm دست یابد.

حداقل قطر سوراخ برای سوراخکاری لیزری ۵۰ میکرومتر و برای سوراخکاری مکانیکی ۱۰۰ میکرومتر است.

اتصال مستقیم مس (DBC)، لحیم‌کاری فعال فلز (AMB)، چاپ فیلم ضخیم.

ضخامت لایه مس معمولی 0.1-0.3 میلی‌متر است، حداکثر تا 0.5 میلی‌متر.

استحکام اتصال > 25 نیوتن بر میلی‌متر مربع، زمان چرخه حرارتی بیش از 1000 بار (-40℃~150℃).

فرآیند لایه نازک Ra

برش لیزری، برش قطعه‌ای، برش مکانیکی. دقت برش لیزری ±25μm است.

بازده فرآیند لایه نازک حدود ۸۵٪ تا ۹۰٪ و فرآیند لایه ضخیم حدود ۹۰٪ تا ۹۵٪ است.

از طراحی با زاویه حاده، شعاع فیله ≥0.2 میلی‌متر خودداری کنید؛ در مناطقی که تنش حرارتی متمرکز وجود دارد، سوراخ‌های اتلاف گرما اضافه کنید.

از طریق اتصال تراشه‌ای فلیپ، اتصال سیمی، جوشکاری یوتکتیک و غیره. اتصال تراشه‌ای فلیپ دارای مقاومت حرارتی به کمی 0.5℃/W است.

ایستگاه‌های پایه 5G (افت سیگنال

کاهش مقاومت حرارتی. استفاده از زیرلایه‌های AlN در ماژول‌های IGBT می‌تواند مقاومت حرارتی را تا 1.5 درجه سانتیگراد بر وات کاهش دهد.

قابل استفاده در واحدهای کنترل موتور (ECU)، با مقاومت عالی در برابر دمای بالا و لرزش.

زیرلایه‌های اتلاف حرارت LED پرقدرت، با مقاومت حرارتی قابل کاهش تا کمتر از 3℃/W.

برای فویل مسی ۱ اونسی تحت افزایش دما ۱۰ درجه سانتیگراد، عرض خط ۱ میلی‌متری می‌تواند تقریباً ۲ آمپر جریان داشته باشد.

با استفاده از فرآیندهای پخت همزمان، LTCC می‌تواند حداکثر بیش از ۱۰۰ لایه ایجاد کند.

استحکام خمشی Al₂O₃ (96%) >300MPa و استحکام خمشی AlN >350MPa است.

مقاومت در برابر تابش (می‌تواند دوز ۱۰⁶Gy را تحمل کند)، سبک (چگالی حدود ۱/۳ زیرلایه‌های فلزی).

آزمایش چرخه حرارتی (-40℃~125℃، 1000 بار)، آزمایش گرمای مرطوب (85℃/85% RH، 1000 ساعت).

ترک خوردگی لایه متالیزاسیون (چرخه شکست زیرلایه Al₂O₃ DBC حدود ۵۰۰ تا ۸۰۰ بار طول می‌کشد).

ضخامت ۱ میلی‌متر می‌تواند ولتاژ ۵ کیلوولت یا بیشتر را تحمل کند، ولتاژ شروع تخلیه جزئی > ۲ کیلوولت است.

آزمایش کنده شدن نوار چسب (نوار 3M 610)، بدون جدا شدن لایه فلزی.

در شرایط کاری عادی، می‌تواند بیش از 10 سال طول بکشد و در محیط‌های با دمای بالا و رطوبت بالا، به 5 سال کاهش می‌یابد.

تشخیص اشعه ایکس، میکروسکوپ روبشی اولتراسونیک (C-SAM)، با وضوح تا 10 میکرومتر.

ارتعاش سینوسی ۵-۲۰۰۰ هرتز، شتاب ۵g، ۲ ساعت بدون ترک خوردگی.

آزمایش اسپری نمک ۹۶ ساعته (محلول ۵٪ NaCl)، هیچ خوردگی در لایه فلزی‌سازی مشاهده نشد.

مدل بدن انسان (HBM) >2kV، مدل ماشین (MM) >200V.

-40℃~150℃، زمان تبدیل

هزینه زیرلایه‌های سرامیکی ۵ تا ۱۰ برابر FR4 است، که عمدتاً به دلیل مواد و فرآیندهای پیچیده است.

تولید انبوه، بهینه‌سازی فرآیند (مانند استفاده از فیلم ضخیم به جای فیلم نازک)، انتخاب مواد کم‌هزینه (مانند اکسید آلومینیوم ۶۰٪).

عملکرد عایق‌بندی بهتر (زیرلایه‌های فلزی به لایه‌های عایق نیاز دارند) و ضریب انبساط حرارتی با تراشه‌ها مطابقت بیشتری دارد.

اکسید آلومینیوم (60%)

نوع ماده، پیچیدگی فرآیند، تعداد لایه‌ها، اندازه، مقدار سفارش.

می‌توان از طریق فرآیند انعطاف‌پذیری صلب، با افزایش هزینه ۲۰ تا ۳۰ درصدی، به آن دست یافت.

حدود ۱۵ تا ۲۰ درصد از کل هزینه را تشکیل می‌دهد و بهبود عملکرد می‌تواند آن را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

وقتی مقدار سفارش از ۵۰۰۰ عدد بیشتر شود، هزینه واحد به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.

چرخه توسعه طولانی (۳-۶ ماه)، هزینه بالای قالب (حدود ۵۰،۰۰۰-۱۰۰،۰۰۰ یوان).

عملکرد اتلاف حرارت زیرلایه‌های AlN سه برابر بردهای مدار چاپی مبتنی بر آلومینیوم است، اما هزینه آن چهار برابر بیشتر است.

با پیچ ثابت شده یا با چسب رسانای حرارتی چسبانده شده است (مقاومت حرارتی

دمای اوج لحیم کاری جریان مجدد: ۲۴۰-۲۶۰ درجه سانتیگراد، مدت زمان

قابل تعمیر است، اما دمای بالا ممکن است باعث ترک خوردگی سرامیک شود و میزان موفقیت آن حدود 70٪ است.

با استفاده از دستگاه تمیزکننده اولتراسونیک IPA (ایزوپروپیل الکل) به مدت کمتر از 10 دقیقه تمیز کنید.

رطوبت محیط کار را بین ۴۰ تا ۶۰ درصد حفظ کنید و از مچ‌بندهای ضد الکتریسیته ساکن استفاده کنید.

موادی با ضرایب انبساط حرارتی مشابه انتخاب کنید و شکاف‌ها را با گریس سیلیکونی رسانای حرارتی پر کنید.

توصیه نمی‌شود، زیرا تنش حرارتی ممکن است باعث ترک خوردگی سرامیک شود.

گشتاور برای پیچ‌های M3: 0.8-1.2 نیوتن متر برای جلوگیری از تمرکز تنش.

نقاط حساس را از طریق تصویربرداری حرارتی مادون قرمز تشخیص داده و اتصال را از طریق آزمایش مقاومت بررسی کنید.

نگهداری: رطوبت کمتر از 30% RH، دمای 20-25 درجه سانتیگراد، از ضربه مکانیکی جلوگیری شود.

IPC-6012 (مشخصات عملکرد برای بردهای چاپی سخت)، MIL-P-55110 (استاندارد نظامی).

گواهینامه UL (ضد حریق)، گواهینامه RoHS (عاری از مواد خطرناک)، ISO 9001.

مطابق با آزمایش‌های محیطی MIL-STD-810G و الزامات سختگیرانه مقاومت در برابر لرزش و ضربه.

به گواهینامه‌های AEC-Q100 (تراشه‌ها) و AEC-Q200 (قطعات غیرفعال) نیاز دارید.

مطابق با مقررات REACH اتحادیه اروپا، استفاده از مواد خطرناکی مانند سرب و کادمیوم را محدود کنید.

رتبه‌بندی UL 94 V-0 (عدم گسترش شعله)، شاخص اکسیژن >30%.

مطابق با سیستم مدیریت کیفیت تجهیزات پزشکی ISO 13485.

نیازمند گواهینامه سیستم مدیریت کیفیت هوافضا AS9100 هستند.

مطابق با استانداردهای تابش الکترومغناطیسی EN 55032، میزان انتشار هدایت‌شده

مراجع صدور گواهینامه شخص ثالث: SGS، TÜV، Intertek.

فرآیند اتصال (مثلاً اکسیداسیون فویل مس DBC) را بررسی کنید و سطح را دوباره پردازش کنید.

ترک‌های کوچک را با رزین اپوکسی پر کنید؛ برای ترک‌های شدید، زیرلایه را تعویض کنید.

تنظیم پروفیل دمای لحیم کاری و کنترل فعالیت شار (درجه RA).

سیم‌کشی را بهینه کنید، از مواد با ثابت دی‌الکتریک پایین استفاده کنید و لایه‌های اتصال زمین اضافه کنید.

مسیرهای هدایت حرارتی را بررسی کنید و مقاومت حرارتی را آزمایش کنید (هدف

فرآیند پخت ناهموار یا تنش‌زدایی حرارتی ناکافی؛ فرآیند تولید را بهینه کنید.

برای از بین بردن بقایای آلی، با پلاسما تمیز کنید.

تست مقاومت عایق (۱۰۰۰ ولت DC) برای یافتن نقاط نشتی.

پوشش‌های محافظ (مثلاً آبکاری نیکل-طلا) را تقویت کنید و از گازهای خورنده دوری کنید.

ضخامت زیرلایه را افزایش دهید (≥0.5 میلی‌متر) و طراحی گوشه را بهینه کنید.

نازک شدن (

نیترید سیلیکون (Si₃N₄)، با رسانایی حرارتی بالا (100W/m・K) و استحکام.

چاپ سه بعدی سرامیک، ساختارهای پیچیده اتلاف گرما را با دقت ۵۰ میکرومتر محقق کرده است.

بهینه سازی توزیع حرارتی از طریق الگوریتم های شبیه سازی، کاهش 30 درصدی چرخه طراحی.

در ماژول‌های قدرت SiC با نرخ رشد بازار سالانه بیش از 20٪ استفاده می‌شود.

تلفات دی‌الکتریک پایین، نیازهای ارتباطی فرکانس بالا را برآورده می‌کند و انتظار می‌رود تقاضا تا سال 2025، 50 درصد افزایش یابد.

خمیرهای لایه ضخیم پایه آب جایگزین حلال‌های آلی می‌شوند تا انتشار VOC را کاهش دهند.

دشواری در تطبیق ضرایب انبساط حرارتی، نیاز به مواد لایه بافر.

لیتوگرافی EUV به مدارهای سطح 10 نانومتری دست می‌یابد که در حال حاضر در مرحله آزمایشگاهی است.

پایداری بالا در دماهای پایین می‌تواند آنها را به حامل‌هایی برای تراشه‌های کوانتومی تبدیل کند.

حداکثر مقاومت دمایی: ۸۰۰ درجه سانتیگراد، که نیاز به مواد متالیزاسیون دمای بالا دارد (مثلاً روش مولیبدن-منگنز).

در برابر فشار 100 مگاپاسکال مقاومت کنید و از طریق گلدان به درجه حفاظت IP68 برسید.

برای محافظت از تابش نوترون، از سرامیک‌های مقاوم در برابر تابش (مثلاً کاربید سیلیکون) استفاده کنید.

کنترل امپدانس مشخصه (50 اهم) و کاهش تلفات دی الکتریک (tanδ

ساختارهای اتلاف حرارت میکروکانالی با چگالی شار حرارتی تا 100 وات بر سانتی‌متر مربع را اتخاذ کنید.

غیرفعال‌سازی سطح، مطابق با آزمایش بیولوژیکی ISO 10993 الزامی است.

مقاومت در برابر دمای بالا و عایق بودن، که راندمان سیستم را ۱ تا ۲ درصد بهبود می‌بخشد.

الزامات عایق‌بندی جریان مستقیم (HVDC) با ولتاژ بالا را برآورده می‌کند، ولتاژ را تا ≥10kV تحمل می‌کند.

از براکت‌های ضربه‌گیر استفاده کنید و از فرکانس‌های تحریک خارجی برای فرکانس طبیعی اجتناب کنید.

ادغام با تراشه‌های MEMS برای دستیابی به کوچک‌سازی و طراحی کم‌مصرف