Keramisk PCB

Vanliga material inkluderar aluminiumoxid (Al₂O₃, 60–96 % renhet), aluminiumnitrid (AlN) och berylliumoxid (BeO, ersätts gradvis på grund av toxicitet). 96 % aluminiumoxid står för över 60 % av tillämpningarna.

Al₂O₃ (96 %) är ungefär 25 W/m⁻K, AlN når 170–230 W/m⁻K och berylliumoxid (BeO) är cirka 250 W/m⁻K.

Aluminiumoxid (6–7 ppm/°C), aluminiumnitrid (4,5 ppm/°C), mycket lägre än FR4:s 18–22 ppm/°C.

Vid rumstemperatur är isolationsresistansen för Al₂O₃-substrat >10¹⁴Ω, och för AlN-substrat är den >10¹³Ω.

Den dielektriska konstanten för 96 % aluminiumoxid är cirka 9,8 (1 MHz) och för AlN är den cirka 8,5 (1 MHz).

Driftstemperatur: -55 ℃~300 ℃, tål kortvariga höga temperaturer över 800 ℃.

Mohs hårdhet är 6-9, aluminiumoxid (96%) når nivå 7, med hög bearbetningssvårigheter.

Al₂O₃ (96 %) är ungefär 3,85 g/cm³ och AlN är cirka 3,26 g/cm³.

Låg dielektrisk förlust (tanδ

Vattenabsorptionshastighet

Tjockfilmsprocess (screentryck), tunnfilmsprocess (sputtring/indunstning), sambränningsprocess (HTCC/LTCC), etc.

HTCC:s sintringstemperatur är 1500–1600 ℃, LTCC:s temperatur är 850–900 ℃; LTCC kan integrera passiva komponenter med högre kostnad.

Tunnfilmsprocessen kan uppnå en linjebredd/avstånd på 10 μm/10 μm, och tjockfilmsprocessen är cirka 100 μm/100 μm.

Minsta håldiameter för laserborrning är 50 μm och för mekanisk borrning 100 μm.

Direktbindning av koppar (DBC), aktiv metalllödning (AMB), tjockfilmstryck.

Vanlig kopparskikttjocklek är 0,1–0,3 mm, upp till maximalt 0,5 mm.

Bindningsstyrka >25 N/mm, termiska cykeltider överstiger 1000 gånger (-40℃~150℃).

Tunnfilmsprocess Ra

Laserskärning, tärning, mekanisk skärning. Laserskärningsnoggrannhet är ±25 μm.

Utbytet vid tunnfilmsprocess är cirka 85–90 % och vid tjockfilmsprocess är det cirka 90–95 %.

Undvik spetsig vinkelkonstruktion, kälradie ≥0,2 mm; lägg till värmeavledningshål i områden med koncentrerad termisk spänning.

Genom flip-chip-bonding, trådbonding, eutektisk svetsning etc. har flip-chip-bonding ett termiskt motstånd så lågt som 0,5 ℃/W.

5G-basstationer (signalförlust

Minska värmeresistansen. Användning av AlN-substrat i IGBT-moduler kan minska värmeresistansen till 1,5 ℃/W.

Kan användas i motorstyrenheter (ECU), med utmärkt högtemperaturbeständighet och vibrationstålighet.

Högpresterande LED-värmeavledningssubstrat, med värmeresistans som kan reduceras till under 3 ℃/W.

För 28 g kopparfolie vid en temperaturökning på 10 ℃ kan en linjebredd på 1 mm bära cirka 2 A.

Staplade genom sambränningsprocesser kan LTCC uppnå som mest mer än 100 lager.

Böjhållfastheten för Al₂O₃ (96 %) är >300 MPa och för AlN >350 MPa.

Strålningsbeständighet (tål en dos på 10⁶Gy), låg vikt (densitet cirka 1/3 av metallsubstrat).

Termiskt cykeltest (-40℃~125℃, 1000 gånger), fuktig värmetest (85℃/85% RF, 1000 timmar).

Sprickbildning i metalliseringslagret (Al₂O₃ DBC-substratbrottcykeltider cirka 500–800 gånger).

1 mm tjocklek tål ≥5 kV, ingångsspänning för partiell urladdning >2 kV.

Test av tejpavskalning (3M 610 tejp), ingen lossning av metallskiktet.

Under normala arbetsförhållanden kan den hålla i mer än 10 år, och i miljöer med hög temperatur och hög luftfuktighet förkortas den till 5 år.

Röntgendetektering, ultraljudsskanningsmikroskop (C-SAM), med en upplösning på upp till 10 μm.

Sinusformad vibration 5-2000Hz, acceleration 5g, varar 2 timmar utan sprickor.

96 timmars saltspraytest (5 % NaCl-lösning), ingen korrosion av metalliseringsskiktet.

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

-40℃~150℃, konverteringstid

Kostnaden för keramiska substrat är 5–10 gånger högre än för FR4, främst på grund av komplexa material och processer.

Massproduktion, processoptimering (som att använda tjockfilm istället för tunnfilm), val av billiga material (som 60 % aluminiumoxid).

Bättre isoleringsprestanda (metallsubstrat behöver isoleringsskikt), och värmeutvidgningskoefficienten matchar bättre med flis.

Aluminiumoxid (60 %)

Materialtyp, processkomplexitet, antal lager, storlek, orderkvantitet.

Kan uppnås genom rigid-flex-processen, med en kostnadsökning på 20%–30%.

Står för cirka 15–20 % av den totala kostnaden, och en förbättring av avkastningen kan minska den avsevärt.

När orderkvantiteten överstiger 5 000 stycken minskar styckkostnaden avsevärt.

Lång utvecklingscykel (3-6 månader), hög formkostnad (cirka 50 000-100 000 yuan).

AlN-substratens värmeavledningsförmåga är tre gånger högre än hos aluminiumbaserade kretskort, men kostnaden är fyra gånger högre.

Fästs med skruvar eller limmas med värmeledande lim (värmemotstånd

Reflowlödningstemperatur vid maximal lödning: 240-260 ℃, lödningstid

Omarbetningsbar, men hög temperatur kan orsaka sprickbildning i keramik med en framgångsgrad på cirka 70 %.

Rengör med IPA (isopropylalkohol) ultraljudsrengöring i

Håll en luftfuktighet i driftsmiljön på 40–60 % och använd antistatiska armband.

Välj material med liknande värmeutvidgningskoefficienter och fyll mellanrummen med värmeledande silikonfett.

Rekommenderas inte, eftersom termisk stress kan orsaka sprickbildning i keramiken.

Vridmoment för M3-skruvar: 0,8–1,2 Nm för att undvika spänningskoncentration.

Upptäck hotspots via infraröd värmekamera och kontrollera anslutningen genom resistanstestning.

Förvaring: luftfuktighet

IPC-6012 (Prestandaspecifikation för styva kretskort), MIL-P-55110 (Militär standard).

UL-certifiering (flamskyddsmedel), RoHS-certifiering (fri från farliga ämnen), ISO 9001.

Uppfyller MIL-STD-810G miljötester med strikta krav på vibrations- och slagtålighet.

Kräv AEC-Q100-certifieringar (chip) och AEC-Q200-certifieringar (passiva komponenter).

Följ EU:s REACH-förordningar som begränsar användningen av farliga ämnen som bly och kadmium.

UL 94 V-0-klassning (ingen flamspridning), syreindex >30 %.

Följa ISO 13485-kvalitetsledningssystemet för medicintekniska produkter.

Kräv AS9100-certifiering för kvalitetsledningssystem för flyg- och rymdteknik.

Uppfyller EN 55032-standarderna för elektromagnetisk strålning, ledningsbundna emissioner

Tredjepartscertifieringsorgan: SGS, TÜV, Intertek.

Kontrollera bindningsprocessen (t.ex. oxidation av DBC-kopparfolie) och bearbeta ytan igen.

Fyll mindre sprickor med epoxiharts; byt ut underlaget vid allvarliga sprickor.

Justera lödtemperaturprofilen och kontrollera flödesaktiviteten (RA-kvalitet).

Optimera kablarna, använd material med låg dielektricitetskonstant och lägg till jordningslager.

Inspektera värmeledningsvägarna och testa värmeresistansen (mål

Ojämn sintringsprocess eller otillräcklig termisk spänningsavlastning; optimera tillverkningsprocessen.

Rengör med plasma för att avlägsna organiska rester.

Isolationsresistanstest (1000V DC) för att lokalisera läckagepunkter.

Stärk skyddande beläggningar (t.ex. nickel-guldplätering) och undvik korrosiva gaser.

Öka substrattjockleken (≥0,5 mm) och optimera hörndesignen.

Gallring (

Kiselnitrid (Si₃N₄), med hög värmeledningsförmåga (100 W/m・K) och hållfasthet.

Keramisk 3D-printing har realiserat komplexa värmeavledningsstrukturer med en precision på 50 μm.

Optimera värmefördelningen via simuleringsalgoritmer, vilket förkortar designcykeln med 30 %.

Används i SiC-kraftmoduler med en årlig marknadstillväxttakt på över 20 %.

Låg dielektrisk förlust möter behoven för högfrekvent kommunikation, och efterfrågan förväntas öka med 50 % till 2025.

Vattenbaserade tjockfilmspasta ersätter organiska lösningsmedel för att minska VOC-utsläpp.

Svårigheter att matcha värmeutvidgningskoefficienter, vilket kräver buffertlagermaterial.

EUV-litografi uppnår kretsar på 10 nm-nivå, för närvarande i laboratoriestadiet.

Hög stabilitet vid låga temperaturer kan göra dem till bärare för kvantchips.

Maximal temperaturbeständighet: 800 ℃, kräver högtemperaturmetalliseringsmaterial (t.ex. molybden-manganmetoden).

Motstår 100 MPa tryck och uppnår IP68-skydd via inkapsling.

Använd strålningsbeständiga keramiker (t.ex. kiselkarbid) för att skydda neutronstrålning.

Kontrollera karakteristisk impedans (50Ω) och minska dielektrisk förlust (tanδ

Använd mikrokanaliga värmeavledningsstrukturer med värmeflödestäthet upp till 100 W/cm².

Ytpassivering krävs, i enlighet med biologisk testning enligt ISO 10993.

Hög temperaturbeständighet och isolering, vilket förbättrar systemets effektivitet med 1%-2%.

Uppfyller kraven för isolering av högspänningslikström (HVDC), spänningshållfasthet ≥10 kV.

Använd stötdämpande fästen och undvik externa excitationsfrekvenser för egenfrekvens.

Integrera med MEMS-chip för att uppnå miniatyrisering och lågenergidesign