Circuit imprimé en céramique

Les matériaux couramment utilisés comprennent l'oxyde d'aluminium (Al₂O₃, pureté de 60 à 96 %), le nitrure d'aluminium (AlN) et l'oxyde de béryllium (BeO, progressivement remplacé en raison de sa toxicité). L'oxyde d'aluminium à 96 % représente plus de 60 % des applications.

Al₂O₃ (96%) est d'environ 25W/m・K, AlN atteint 170-230W/m・K et l'oxyde de béryllium (BeO) est d'environ 250W/m・K.

Oxyde d'aluminium (6-7 ppm/°C), nitrure d'aluminium (4,5 ppm/°C), bien inférieur aux 18-22 ppm/°C du FR4.

À température ambiante, la résistance d'isolation des substrats Al₂O₃ est >10¹⁴Ω et celle des substrats AlN est >10¹³Ω.

La constante diélectrique de l'oxyde d'aluminium à 96 % est d'environ 9,8 (1 MHz), et celle de l'AlN est d'environ 8,5 (1 MHz).

Température de fonctionnement : -55℃~300℃, peut résister à des températures élevées de courte durée supérieures à 800℃.

La dureté Mohs est de 6 à 9, l'oxyde d'aluminium (96%) atteint le niveau 7, avec une difficulté de traitement élevée.

Al₂O₃ (96%) est d'environ 3,85 g/cm³, et AlN est d'environ 3,26 g/cm³.

Faibles pertes diélectriques (tanδ＜0,002), faible délai de transmission du signal.

Taux d'absorption d'eau

Procédé en couche épaisse (sérigraphie), procédé en couche mince (pulvérisation cathodique/évaporation), procédé de co-cuisson (HTCC/LTCC), etc.

La température de frittage du HTCC est de 1500 à 1600 °C, celle du LTCC est de 850 à 900 °C ; le LTCC peut intégrer des composants passifs plus coûteux.

Le procédé en couche mince permet d'obtenir une largeur/un espacement de ligne de 10 μm/10 μm, et le procédé en couche épaisse d'environ 100 μm/100 μm.

Le diamètre minimal des trous pour le perçage laser est de 50 μm, et pour le perçage mécanique, de 100 μm.

Cuivre à liaison directe (DBC), brasage métallique actif (AMB), impression en couche épaisse.

L'épaisseur courante de la couche de cuivre est de 0,1 à 0,3 mm, jusqu'à 0,5 mm au maximum.

Résistance de liaison > 25 N/mm, nombre de cycles thermiques supérieur à 1000 (-40 ℃ ~ 150 ℃).

Procédé en couche mince Ra

Découpe laser, découpe en morceaux, découpe mécanique. La précision de la découpe laser est de ±25 μm.

Le rendement du procédé en couche mince est d'environ 85 à 90 %, et celui du procédé en couche épaisse est d'environ 90 à 95 %.

Évitez les angles aigus, rayon de congé ≥ 0,2 mm ; ajoutez des trous de dissipation de chaleur dans les zones de fortes contraintes thermiques.

Grâce au flip chip, au câblage, au soudage eutectique, etc., le flip chip présente une résistance thermique aussi faible que 0,5℃/W.

Stations de base 5G (perte de signal

Réduction de la résistance thermique. L'utilisation de substrats en AlN dans les modules IGBT permet de réduire la résistance thermique à 1,5 °C/W.

Peut être utilisé dans les calculateurs de gestion moteur (ECU), avec une excellente résistance aux hautes températures et aux vibrations.

Substrats de dissipation thermique pour LED haute puissance, avec une résistance thermique réductible à moins de 3℃/W.

Pour une feuille de cuivre de 1 oz sous une élévation de température de 10 ℃, une largeur de ligne de 1 mm peut transporter environ 2 A.

Grâce à des procédés de co-cuisson, le LTCC peut atteindre au maximum plus de 100 couches.

La résistance à la flexion de l'Al₂O₃ (96%) >300MPa et celle de l'AlN >350MPa.

Résistance aux radiations (peut supporter une dose de 10⁶Gy), léger (densité environ 1/3 des substrats métalliques).

Test de cycle thermique (-40℃~125℃, 1000 fois), test de chaleur humide (85℃/85% HR, 1000h).

Fissuration de la couche de métallisation (cycles de défaillance du substrat Al₂O₃ DBC environ 500 à 800 fois).

Une épaisseur de 1 mm peut résister à ≥5 kV, tension d'amorçage de décharge partielle >2 kV.

Test de pelage du ruban adhésif (ruban 3M 610), aucun détachement de la couche métallique.

Dans des conditions de travail normales, sa durée de vie peut dépasser 10 ans, et dans des environnements à température et humidité élevées, elle est réduite à 5 ans.

Détection par rayons X, microscope à balayage ultrasonique (C-SAM), avec une résolution allant jusqu'à 10 μm.

Vibration sinusoïdale 5-2000 Hz, accélération 5 g, durée de 2 heures sans fissures.

Test au brouillard salin de 96 h (solution de NaCl à 5 ​​%), aucune corrosion de la couche de métallisation.

Modèle du corps humain (HBM) > 2 kV, modèle de la machine (MM) > 200 V.

-40℃~150℃, temps de conversion

Le coût des substrats céramiques est 5 à 10 fois supérieur à celui du FR4, principalement en raison de la complexité des matériaux et des procédés.

Production de masse, optimisation des procédés (comme l'utilisation d'une couche épaisse au lieu d'une couche mince), sélection de matériaux à faible coût (comme l'oxyde d'aluminium à 60 %).

Meilleures performances d'isolation (les substrats métalliques nécessitent des couches isolantes) et coefficient de dilatation thermique mieux adapté aux puces.

Oxyde d'aluminium (60%)

Type de matériau, complexité du processus, nombre de couches, taille, quantité commandée.

Cela peut être réalisé par un procédé rigide-flexible, avec une augmentation de coût de 20 à 30 %.

Cela représente environ 15 à 20 % du coût total, et l'amélioration du rendement peut le réduire considérablement.

Lorsque la quantité commandée dépasse 5 000 pièces, le coût unitaire diminue considérablement.

Cycle de développement long (3 à 6 mois), coût élevé du moule (environ 50 000 à 100 000 yuans).

Les performances de dissipation thermique des substrats en AlN sont trois fois supérieures à celles des circuits imprimés à base d'aluminium, mais leur coût est quatre fois plus élevé.

Fixé par des vis ou collé avec un adhésif thermoconducteur (résistance thermique

Température maximale de soudage par refusion : 240-260℃, durée

Retravaillable, mais une température élevée peut provoquer des fissures dans la céramique, avec un taux de réussite d'environ 70 %.

Nettoyer avec de l'IPA (alcool isopropylique) par nettoyage ultrasonique pendant

Maintenir l'humidité de l'environnement de travail entre 40 % et 60 % et porter des bracelets antistatiques.

Choisissez des matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique similaires et comblez les interstices avec de la graisse silicone thermoconductrice.

Déconseillé, car les contraintes thermiques peuvent provoquer des fissures dans la céramique.

Couple de serrage pour les vis M3 : 0,8-1,2 N・m pour éviter la concentration des contraintes.

Détecter les points chauds grâce à l'imagerie thermique infrarouge et vérifier la connectivité par des tests de résistance.

Stockage : humidité

IPC-6012 (Spécification de performance pour les cartes imprimées rigides), MIL-P-55110 (Norme militaire).

Certification UL (ignifuge), certification RoHS (sans substances dangereuses), ISO 9001.

Répondre aux tests environnementaux MIL-STD-810G avec des exigences strictes en matière de résistance aux vibrations et aux chocs.

Exiger les certifications AEC-Q100 (puces) et AEC-Q200 (composants passifs).

Se conformer à la réglementation REACH de l'UE, qui limite l'utilisation de substances dangereuses comme le plomb et le cadmium.

Classification UL 94 V-0 (pas de propagation de flamme), indice d'oxygène > 30 %.

Se conformer à la norme ISO 13485 relative au système de gestion de la qualité des dispositifs médicaux.

Exiger la certification du système de gestion de la qualité aérospatiale AS9100.

Conforme aux normes de rayonnement électromagnétique EN 55032, émissions conduites

Organismes de certification tiers : SGS, TÜV, Intertek.

Inspecter le processus de collage (par exemple, l'oxydation de la feuille de cuivre DBC) et retraiter la surface.

Comblez les fissures mineures avec de la résine époxy ; remplacez le support pour les fissures importantes.

Ajuster le profil de température de soudage et contrôler l'activité du flux (grade RA).

Optimisez le câblage, utilisez des matériaux à faible constante diélectrique et ajoutez des couches de mise à la terre.

Inspecter les chemins de conduction thermique et tester la résistance thermique (objectif

Processus de frittage irrégulier ou relaxation des contraintes thermiques insuffisante ; optimiser le processus de fabrication.

Nettoyer au plasma pour éliminer les résidus organiques.

Test de résistance d'isolement (1000 V CC) pour localiser les points de fuite.

Renforcer les revêtements protecteurs (par exemple, le plaquage nickel-or) et éviter les gaz corrosifs.

Augmenter l'épaisseur du substrat (≥0,5 mm) et optimiser la conception des coins.

Amincissement (

Nitrure de silicium (Si₃N₄), avec une conductivité thermique élevée (100W/m・K) et une grande résistance.

L'impression 3D de céramique a permis de réaliser des structures complexes de dissipation de chaleur avec une précision de 50 μm.

Optimisation de la distribution thermique via des algorithmes de simulation, réduisant le cycle de conception de 30 %.

Utilisé dans les modules de puissance SiC, avec un taux de croissance annuel du marché supérieur à 20 %.

La faible perte diélectrique répond aux besoins de communication à haute fréquence, la demande devant croître de 50 % d'ici 2025.

Les pâtes à film épais à base d'eau remplacent les solvants organiques pour réduire les émissions de COV.

Difficultés à faire correspondre les coefficients de dilatation thermique, nécessitant des matériaux de couche tampon.

La lithographie EUV permet de réaliser des circuits de l'ordre de 10 nm, actuellement au stade de laboratoire.

Leur grande stabilité à basse température pourrait en faire des supports pour les puces quantiques.

Résistance maximale à la température : 800℃, nécessitant des matériaux de métallisation haute température (par exemple, la méthode molybdène-manganèse).

Résiste à une pression de 100 MPa et atteint une protection IP68 grâce à l'enrobage.

Utiliser des céramiques résistantes aux radiations (par exemple, du carbure de silicium) pour se protéger des rayonnements neutroniques.

Contrôler l'impédance caractéristique (50Ω) et réduire les pertes diélectriques (tanδ

Adopter des structures de dissipation thermique à microcanaux avec une densité de flux thermique allant jusqu'à 100 W/cm².

Passivation de surface requise, conforme aux essais biologiques ISO 10993.

Résistance aux hautes températures et isolation, améliorant l'efficacité du système de 1 à 2 %.

Répondre aux exigences d'isolation des systèmes CC haute tension (HVDC), tenue à la tension ≥10kV.

Utilisez des supports amortisseurs et évitez les fréquences d'excitation externes pour la fréquence naturelle.

Intégrer des puces MEMS pour obtenir une miniaturisation et une conception à faible consommation.