Keramisk PCB

Vanlige materialer inkluderer aluminiumoksid (Al₂O₃, 60–96 % renhet), aluminiumnitrid (AlN) og berylliumoksid (BeO, gradvis erstattet på grunn av toksisitet). 96 % aluminiumoksid står for over 60 % av bruksområdene.

Al₂O₃ (96 %) er omtrent 25 W/m⁻K, AlN når 170–230 W/m⁻K, og berylliumoksid (BeO) er omtrent 250 W/m⁻K.

Aluminiumoksid (6–7 ppm/°C), aluminiumnitrid (4,5 ppm/°C), mye lavere enn FR4s 18–22 ppm/°C.

Ved romtemperatur er isolasjonsmotstanden til Al₂O₃-substrater >10¹⁴Ω, og for AlN-substrater er den >10¹³Ω.

Den dielektriske konstanten for 96 % aluminiumoksid er omtrent 9,8 (1 MHz), og den for AlN er omtrent 8,5 (1 MHz).

Driftstemperatur: -55 ℃ ~ 300 ℃, tåler kortvarige høye temperaturer over 800 ℃.

Mohs-hardhet er 6-9, aluminiumoksid (96 %) når nivå 7, med høy prosesseringsvanskelighet.

Al₂O₃ (96 %) er omtrent 3,85 g/cm³, og AlN er omtrent 3,26 g/cm³.

Lavt dielektrisk tap (tanδ

Vannabsorpsjonsrate

Tykkfilmsprosess (silketrykk), tynnfilmsprosess (sputtering/fordampning), sambrenningsprosess (HTCC/LTCC), osv.

HTCC sintringstemperatur er 1500–1600 ℃, LTCC er 850–900 ℃; LTCC kan integrere passive komponenter med høyere kostnad.

Tynnfilmprosessen kan oppnå en linjebredde/avstand på 10 μm/10 μm, og tykkfilmprosessen er omtrent 100 μm/100 μm.

Minimum hulldiameter for laserboring er 50 μm, og for mekanisk boring er den 100 μm.

Direktebinding av kobber (DBC), aktiv metalllodding (AMB), tykkfilmtrykk.

Vanlig kobberlagtykkelse er 0,1–0,3 mm, opptil 0,5 mm maksimalt.

Bindingsstyrke >25 N/mm, termiske syklustider overstiger 1000 ganger (-40℃~150℃).

Tynnfilmprosess Ra

Laserskjæring, terninger, mekanisk skjæring. Laserskjærenøyaktighet er ±25 μm.

Utbyttet for tynnfilmprosessen er omtrent 85–90 %, og for tykkfilmprosessen er det omtrent 90–95 %.

Unngå spiss vinkeldesign, filetradius ≥0,2 mm; legg til varmeavledningshull i områder med konsentrert termisk belastning.

Gjennom flip-chip-bonding, trådbonding, eutektisk sveising osv. har flip-chip-bonding en termisk motstand så lav som 0,5 ℃/W.

5G-basestasjoner (signaltap

Reduser termisk motstand. Bruk av AlN-substrater i IGBT-moduler kan redusere termisk motstand til 1,5 ℃/W.

Kan brukes i motorstyringsenheter (ECU-er), med utmerket motstand mot høye temperaturer og vibrasjoner.

Høyeffekts LED-varmeavledningssubstrater, med termisk motstand som kan reduseres til under 3 ℃/W.

For 1 oz kobberfolie under en temperaturøkning på 10 ℃, kan en linjebredde på 1 mm bære omtrent 2A.

Stablet gjennom sambrenningsprosesser kan LTCC oppnå mer enn 100 lag på det meste.

Bøyefastheten til Al₂O₃ (96 %) er >300 MPa, og den for AlN er >350 MPa.

Strålingsbestandig (tåler en dose på 10⁶Gy), lett (tetthet omtrent 1/3 av metallsubstrater).

Termisk syklustest (-40℃~125℃, 1000 ganger), fuktig varmetest (85℃/85 % RF, 1000 timer).

Sprekking i metalliseringslaget (Al₂O₃ DBC-substratfeilsyklustider omtrent 500–800 ganger).

1 mm tykkelse tåler ≥5 kV, delvis utladningsstartspenning >2 kV.

Test av tapeavskalling (3M 610 tape), ingen metalllag som løsner.

Under normale arbeidsforhold kan den nå mer enn 10 år, og i miljøer med høy temperatur og høy luftfuktighet forkortes den til 5 år.

Røntgendeteksjon, ultralydskanningsmikroskop (C-SAM), med en oppløsning på opptil 10 μm.

Sinusformet vibrasjon 5–2000 Hz, akselerasjon 5 g, varer i 2 timer uten sprekker.

96 timers saltspraytest (5 % NaCl-løsning), ingen korrosjon av metalliseringslaget.

Menneskekroppsmodell (HBM) >2 kV, maskinmodell (MM) >200 V.

-40 ℃ ~ 150 ℃, konverteringstid

Kostnaden for keramiske substrater er 5–10 ganger høyere enn for FR4, hovedsakelig på grunn av komplekse materialer og prosesser.

Masseproduksjon, prosessoptimalisering (som å bruke tykk film i stedet for tynn film), valg av rimelige materialer (som 60 % aluminiumoksid).

Bedre isolasjonsytelse (metallsubstrater trenger isolasjonslag), og varmeutvidelseskoeffisienten er bedre tilpasset brikkene.

Aluminiumoksid (60 %)

Materialtype, prosesskompleksitet, antall lag, størrelse, ordremengde.

Kan oppnås gjennom en stiv-fleksibel prosess, med en kostnadsøkning på 20 %–30 %.

Står for omtrent 15–20 % av den totale kostnaden, og forbedringen av avkastningen kan redusere den betydelig.

Når bestillingsmengden overstiger 5000 stk, synker enhetskostnaden betraktelig.

Lang utviklingssyklus (3–6 måneder), høy støpekostnad (ca. 50 000–100 000 yuan).

Varmeavledningsytelsen til AlN-substrater er tre ganger så høy som for aluminiumbaserte PCB-er, men kostnaden er fire ganger høyere.

Festet med skruer eller limt med termisk ledende lim (termisk motstand

Topptemperatur for reflow-lodding: 240–260 ℃, varighet

Kan bearbeides på nytt, men høy temperatur kan forårsake sprekker i keramikken med en suksessrate på omtrent 70 %.

Rengjør med IPA (isopropylalkohol) ultralydrengjøring i

Oppretthold en luftfuktighet i driftsmiljøet på 40–60 % og bruk antistatiske armbånd.

Velg materialer med lignende termiske utvidelseskoeffisienter og fyll hull med termisk ledende silikonfett.

Anbefales ikke, da termisk stress kan forårsake sprekkdannelser i keramikk.

Moment for M3-skruer: 0,8–1,2 Nm for å unngå spenningskonsentrasjon.

Oppdag hotspots via infrarød termografi og sjekk tilkoblingen gjennom motstandstesting.

Oppbevaring: luftfuktighet

IPC-6012 (ytelsesspesifikasjon for stive trykte kort), MIL-P-55110 (militærstandard).

UL-sertifisering (flammehemmende), RoHS-sertifisering (uten farlige stoffer), ISO 9001.

Møt MIL-STD-810G miljøtesting med strenge krav til vibrasjons- og slagmotstand.

Krever AEC-Q100 (brikker) og AEC-Q200 (passive komponenter) sertifiseringer.

Overhold EUs REACH-forskrifter, som begrenser bruken av farlige stoffer som bly og kadmium.

UL 94 V-0-klassifisering (ingen flammespredning), oksygenindeks >30 %.

Overhold ISO 13485-systemet for kvalitetsstyring av medisinsk utstyr.

Krev AS9100-sertifisering av kvalitetsstyringssystemet for luftfart.

Overholder EN 55032-standardene for elektromagnetisk stråling, ledningsbåren utslipp

Tredjeparts sertifiseringsorganer: SGS, TÜV, Intertek.

Inspiser bindingsprosessen (f.eks. oksidasjon av DBC-kobberfolie) og bearbeid overflaten på nytt.

Fyll mindre sprekker med epoksyharpiks; bytt ut underlaget ved større sprekker.

Juster loddetemperaturprofilen og kontroller fluksaktiviteten (RA-kvalitet).

Optimaliser kablingen, bruk materialer med lav dielektrisk konstant og legg til jordingslag.

Inspiser varmeledningsbanene og test termisk motstand (mål

Ujevn sintringsprosess eller utilstrekkelig termisk spenningsavlastning; optimaliser produksjonsprosessen.

Rengjør med plasma for å fjerne organiske rester.

Isolasjonsmotstandstest (1000V DC) for å finne lekkasjepunkter.

Forsterk beskyttende belegg (f.eks. nikkel-gullbelegg) og unngå etsende gasser.

Øk substrattykkelsen (≥0,5 mm) og optimaliser hjørnedesignet.

Tynning (

Silisiumnitrid (Si₃N₄), med høy varmeledningsevne (100 W/m・K) og styrke.

Keramisk 3D-printing har realisert komplekse varmespredningsstrukturer med en presisjon på 50 μm.

Optimaliser termisk fordeling via simuleringsalgoritmer, og forkort designsyklusen med 30 %.

Brukes i SiC-kraftmoduler med en årlig markedsvekst på over 20 %.

Lavt dielektrisk tap dekker behovene for høyfrekvent kommunikasjon, og etterspørselen forventes å vokse med 50 % innen 2025.

Vannbaserte tykkfilmspastaer erstatter organiske løsemidler for å redusere VOC-utslipp.

Vanskeligheter med å matche termiske ekspansjonskoeffisienter, noe som krever bufferlagsmaterialer.

EUV-litografi oppnår kretser på 10 nm-nivå, som for tiden er i laboratoriefasen.

Høy stabilitet ved lave temperaturer kan gjøre dem til bærere for kvantebrikker.

Maksimal temperaturmotstand: 800 ℃, krever høytemperaturmetalliseringsmaterialer (f.eks. molybden-mangan-metoden).

Tåler 100 MPa trykk og oppnår IP68-beskyttelse via potting.

Bruk strålingsbestandig keramikk (f.eks. silisiumkarbid) for å skjerme nøytronstråling.

Kontroller karakteristisk impedans (50Ω) og reduser dielektrisk tap (tanδ

Bruk mikrokanalvarmespredningsstrukturer med varmefluksdensitet opptil 100 W/cm².

Overflatepassivering kreves, i samsvar med ISO 10993 biologisk testing.

Høy temperaturmotstand og isolasjon, noe som forbedrer systemeffektiviteten med 1%–2%.

Oppfyller kravene til isolasjon for høyspent likestrøm (HVDC), spenningsmotstand ≥10 kV.

Bruk støtdempende braketter og unngå eksterne eksitasjonsfrekvenser for egenfrekvens.

Integrer med MEMS-brikker for å oppnå miniatyrisering og lavstrømsdesign