PCB Keramik

Bahan umum yang digunakan meliputi aluminium oksida (Al₂O₃, kemurnian 60%-96%), aluminium nitrida (AlN), dan berilium oksida (BeO, yang secara bertahap digantikan karena toksisitasnya). Aluminium oksida 96% mencakup lebih dari 60% aplikasi.

Al₂O₃ (96%) memiliki konduktivitas sekitar 25W/m・K, AlN mencapai 170-230W/m・K, dan berilium oksida (BeO) sekitar 250W/m・K.

Aluminium oksida (6-7 ppm/°C), aluminium nitrida (4,5 ppm/°C), jauh lebih rendah daripada FR4 yang sebesar 18-22 ppm/°C.

Pada suhu ruang, resistansi isolasi substrat Al₂O₃ adalah >10¹⁴Ω, dan resistansi isolasi substrat AlN adalah >10¹³Ω.

Konstanta dielektrik aluminium oksida 96% adalah sekitar 9,8 (1MHz), dan konstanta dielektrik AlN adalah sekitar 8,5 (1MHz).

Suhu pengoperasian: -55℃~300℃, dapat menahan suhu tinggi jangka pendek melebihi 800℃.

Kekerasan Mohs adalah 6-9, aluminium oksida (96%) mencapai level 7, dengan kesulitan pemrosesan yang tinggi.

Al₂O₃ (96%) kira-kira 3,85 g/cm³, dan AlN sekitar 3,26 g/cm³.

Kerugian dielektrik rendah (tanδ＜0,002), penundaan transmisi sinyal kecil.

Tingkat penyerapan air

Proses film tebal (sablon), proses film tipis (sputtering/evaporasi), proses pembakaran bersama (HTCC/LTCC), dll.

Suhu sinter HTCC adalah 1500-1600℃, sedangkan LTCC adalah 850-900℃; LTCC dapat mengintegrasikan komponen pasif dengan biaya yang lebih tinggi.

Proses film tipis dapat mencapai lebar/jarak antar garis 10μm/10μm, dan proses film tebal sekitar 100μm/100μm.

Diameter lubang minimum untuk pengeboran laser adalah 50μm, dan untuk pengeboran mekanis adalah 100μm.

Penyambungan tembaga langsung (DBC), penyolderan logam aktif (AMB), pencetakan film tebal.

Ketebalan lapisan tembaga umum adalah 0,1-0,3 mm, hingga maksimum 0,5 mm.

Kekuatan ikatan >25N/mm, siklus termal melebihi 1000 kali (-40℃~150℃).

Proses film tipis Ra

Pemotongan laser, pemotongan dadu, pemotongan mekanis. Akurasi pemotongan laser adalah ±25μm.

Tingkat keberhasilan proses film tipis sekitar 85%-90%, dan proses film tebal sekitar 90%-95%.

Hindari desain sudut lancip, radius fillet ≥0,2 mm; tambahkan lubang pembuangan panas di area dengan tekanan termal terkonsentrasi.

Melalui teknik flip chip bonding, wire bonding, eutectic welding, dan lain-lain, flip chip bonding memiliki resistansi termal serendah 0,5℃/W.

Stasiun basis 5G (kehilangan sinyal

Mengurangi hambatan termal. Penggunaan substrat AlN pada modul IGBT dapat mengurangi hambatan termal hingga 1,5℃/W.

Dapat digunakan pada unit kontrol mesin (ECU), dengan ketahanan suhu tinggi dan ketahanan getaran yang sangat baik.

Substrat pembuangan panas LED daya tinggi, dengan resistansi termal yang dapat dikurangi hingga di bawah 3℃/W.

Untuk lembaran tembaga 1oz pada kenaikan suhu 10℃, lebar jalur 1mm dapat mengalirkan arus sekitar 2A.

Dengan cara penumpukan melalui proses pembakaran bersama, LTCC dapat mencapai lebih dari 100 lapisan paling banyak.

Kekuatan lentur Al₂O₃ (96%) >300MPa, dan kekuatan lentur AlN >350MPa.

Tahan radiasi (mampu menahan dosis 10⁶Gy), ringan (kepadatan sekitar 1/3 dari substrat logam).

Uji siklus termal (-40℃~125℃, 1000 kali), uji panas lembap (85℃/85% RH, 1000 jam).

Keretakan lapisan metalisasi (siklus kegagalan substrat Al₂O₃ DBC sekitar 500-800 kali).

Ketebalan 1mm dapat menahan tegangan ≥5kV, tegangan awal pelepasan parsial >2kV.

Uji pengelupasan pita perekat (pita 3M 610), tidak ada lapisan logam yang terlepas.

Dalam kondisi kerja normal, masa pakainya dapat mencapai lebih dari 10 tahun, dan dalam lingkungan dengan suhu dan kelembapan tinggi, masa pakainya berkurang menjadi 5 tahun.

Deteksi sinar-X, mikroskop pemindaian ultrasonik (C-SAM), dengan resolusi hingga 10μm.

Getaran sinusoidal 5-2000Hz, akselerasi 5g, berlangsung selama 2 jam tanpa gangguan.

Uji semprot garam 96 jam (larutan NaCl 5%), tidak terjadi korosi pada lapisan metalisasi.

Model tubuh manusia (HBM) >2kV, model mesin (MM) >200V.

-40℃~150℃, waktu konversi

Biaya substrat keramik 5-10 kali lebih mahal daripada FR4, terutama karena material dan prosesnya yang kompleks.

Produksi massal, optimasi proses (seperti menggunakan film tebal вместо film tipis), pemilihan material berbiaya rendah (seperti 60% aluminium oksida).

Performa isolasi yang lebih baik (substrat logam membutuhkan lapisan isolasi), dan koefisien ekspansi termal lebih sesuai dengan chip.

Aluminium oksida (60%)

Jenis material, kompleksitas proses, jumlah lapisan, ukuran, jumlah pesanan.

Dapat dicapai melalui proses rigid-flex, dengan peningkatan biaya sebesar 20%-30%.

Biaya ini mencakup sekitar 15%-20% dari total biaya, dan peningkatan hasil produksi dapat menguranginya secara signifikan.

Ketika jumlah pesanan melebihi 5.000 buah, biaya per unit menurun secara signifikan.

Siklus pengembangan yang panjang (3-6 bulan), biaya cetakan yang tinggi (sekitar 50.000-100.000 yuan).

Performa pembuangan panas substrat AlN 3 kali lebih baik daripada PCB berbasis aluminium, tetapi biayanya 4 kali lebih tinggi.

Dipasang dengan sekrup atau direkatkan dengan perekat konduktif termal (resistansi termal

Suhu puncak penyolderan reflow: 240-260℃, durasi

Dapat diperbaiki kembali, tetapi suhu tinggi dapat menyebabkan keretakan keramik dengan tingkat keberhasilan sekitar 70%.

Bersihkan dengan pembersih ultrasonik IPA (isopropil alkohol) selama

Pertahankan kelembapan lingkungan kerja pada angka 40%-60% dan kenakan gelang anti-statis.

Pilih material dengan koefisien ekspansi termal yang serupa dan isi celah dengan gemuk silikon konduktif termal.

Tidak disarankan, karena tekanan termal dapat menyebabkan keramik retak.

Torsi untuk sekrup M3: 0,8-1,2 N・m untuk menghindari konsentrasi tegangan.

Mendeteksi titik panas melalui pencitraan termal inframerah dan memeriksa konektivitas melalui pengujian resistansi.

Penyimpanan: kelembapan

IPC-6012 (Spesifikasi Kinerja untuk Papan Sirkuit Cetak Kaku), MIL-P-55110 (Standar Militer).

Sertifikasi UL (tahan api), sertifikasi RoHS (bebas zat berbahaya), ISO 9001.

Memenuhi standar pengujian lingkungan MIL-STD-810G dengan persyaratan ketahanan terhadap getaran dan benturan yang ketat.

Membutuhkan sertifikasi AEC-Q100 (chip) dan AEC-Q200 (komponen pasif).

Patuhi peraturan REACH Uni Eropa, yang membatasi penggunaan zat berbahaya seperti timbal dan kadmium.

Peringkat UL 94 V-0 (tidak ada penyebaran api), indeks oksigen >30%.

Patuhi sistem manajemen mutu alat kesehatan ISO 13485.

Membutuhkan sertifikasi sistem manajemen mutu kedirgantaraan AS9100.

Memenuhi standar radiasi elektromagnetik EN 55032, emisi konduksi

Lembaga sertifikasi pihak ketiga: SGS, TÜV, Intertek.

Periksa proses pengikatan (misalnya, oksidasi foil tembaga DBC) dan proses ulang permukaannya.

Isi retakan kecil dengan resin epoksi; ganti substrat untuk retakan yang parah.

Sesuaikan profil suhu penyolderan dan kendalikan aktivitas fluks (tingkat RA).

Optimalkan pemasangan kabel, gunakan material dengan konstanta dielektrik rendah, dan tambahkan lapisan pentanahan.

Periksa jalur konduksi termal dan uji resistansi termal (target

Proses sintering yang tidak merata atau penghilangan tegangan termal yang tidak memadai; optimalkan proses manufaktur.

Bersihkan dengan plasma untuk menghilangkan residu organik.

Uji resistansi isolasi (1000V DC) untuk menemukan titik kebocoran.

Perkuat lapisan pelindung (misalnya, pelapisan nikel-emas) dan hindari gas korosif.

Tingkatkan ketebalan substrat (≥0,5 mm) dan optimalkan desain sudut.

Penipisan (

Silikon nitrida (Si₃N₄), dengan konduktivitas termal tinggi (100W/m・K) dan kekuatan yang tinggi.

Pencetakan 3D keramik telah mewujudkan struktur pembuangan panas yang kompleks dengan presisi 50μm.

Optimalkan distribusi termal melalui algoritma simulasi, mempersingkat siklus desain hingga 30%.

Digunakan dalam modul daya SiC dengan tingkat pertumbuhan pasar tahunan lebih dari 20%.

Kerugian dielektrik yang rendah memenuhi kebutuhan komunikasi frekuensi tinggi, dengan permintaan yang diperkirakan akan tumbuh 50% pada tahun 2025.

Pasta lapisan tebal berbahan dasar air menggantikan pelarut organik untuk mengurangi emisi VOC.

Kesulitan dalam mencocokkan koefisien ekspansi termal, sehingga memerlukan material lapisan penyangga.

Litografi EUV mencapai sirkuit tingkat 10nm, yang saat ini masih dalam tahap laboratorium.

Stabilitas tinggi pada suhu rendah dapat menjadikan mereka sebagai pembawa untuk chip kuantum.

Ketahanan suhu maksimum: 800℃, memerlukan material metalisasi suhu tinggi (misalnya, metode molibdenum-mangan).

Mampu menahan tekanan 100MPa dan mencapai perlindungan IP68 melalui proses pengisian (potting).

Gunakan keramik tahan radiasi (misalnya, silikon karbida) untuk melindungi dari radiasi neutron.

Mengontrol impedansi karakteristik (50Ω) dan mengurangi kerugian dielektrik (tanδ

Mengadopsi struktur pembuangan panas mikro-saluran dengan kepadatan fluks panas hingga 100W/cm².

Diperlukan pasivasi permukaan, sesuai dengan pengujian biologis ISO 10993.

Ketahanan dan isolasi suhu tinggi, meningkatkan efisiensi sistem sebesar 1%-2%.

Memenuhi persyaratan isolasi arus searah tegangan tinggi (HVDC), tahan tegangan ≥10kV.

Gunakan braket peredam guncangan dan hindari frekuensi eksitasi eksternal untuk frekuensi alami.

Terintegrasi dengan chip MEMS untuk mencapai miniaturisasi dan desain hemat daya.