PCB gốm

Các vật liệu phổ biến bao gồm oxit nhôm (Al₂O₃, độ tinh khiết 60%-96%), nitrua nhôm (AlN) và oxit berili (BeO, đang dần được thay thế do độc tính). Oxit nhôm 96% chiếm hơn 60% ứng dụng.

Al₂O₃ (96%) có hệ số dẫn nhiệt xấp xỉ 25W/m・K, AlN đạt 170-230W/m・K, và oxit berili (BeO) khoảng 250W/m・K.

Nhôm oxit (6-7 ppm/°C), nhôm nitrua (4,5 ppm/°C), thấp hơn nhiều so với FR4 (18-22 ppm/°C).

Ở nhiệt độ phòng, điện trở cách điện của chất nền Al₂O₃ là >10¹⁴Ω, và của chất nền AlN là >10¹³Ω.

Hằng số điện môi của oxit nhôm 96% là khoảng 9,8 (1MHz), và của AlN là khoảng 8,5 (1MHz).

Nhiệt độ hoạt động: -55℃~300℃, có thể chịu được nhiệt độ cao trong thời gian ngắn vượt quá 800℃.

Độ cứng Mohs từ 6-9, oxit nhôm (96%) đạt cấp độ 7, độ khó gia công cao.

Al₂O₃ (96%) có khối lượng xấp xỉ 3,85 g/cm³ và AlN có khối lượng khoảng 3,26 g/cm³.

Tổn hao điện môi thấp (tanδ＜0,002), độ trễ truyền tín hiệu nhỏ.

Tỷ lệ hấp thụ nước

Quy trình màng dày (in lụa), quy trình màng mỏng (phun phủ/bay hơi), quy trình nung kết hợp (HTCC/LTCC), v.v.

Nhiệt độ thiêu kết HTCC là 1500-1600℃, LTCC là 850-900℃; LTCC có thể tích hợp các linh kiện thụ động với chi phí cao hơn.

Công nghệ màng mỏng có thể đạt được độ rộng/khoảng cách đường kẻ là 10μm/10μm, còn công nghệ màng dày đạt được khoảng 100μm/100μm.

Đường kính lỗ tối thiểu để khoan bằng laser là 50μm, và để khoan bằng máy là 100μm.

Liên kết trực tiếp đồng (DBC), hàn kim loại hoạt tính (AMB), in màng dày.

Lớp đồng thường có độ dày từ 0,1-0,3mm, tối đa là 0,5mm.

Độ bền liên kết >25N/mm, số chu kỳ nhiệt vượt quá 1000 lần (-40℃~150℃).

Quy trình màng mỏng Ra

Cắt bằng laser, cắt lát, cắt cơ khí. Độ chính xác cắt bằng laser là ±25μm.

Hiệu suất của quy trình màng mỏng khoảng 85%-90%, và quy trình màng dày khoảng 90%-95%.

Tránh thiết kế góc nhọn, bán kính bo tròn ≥0,2mm; thêm lỗ tản nhiệt ở những khu vực có ứng suất nhiệt tập trung.

Thông qua các phương pháp như ghép chip lật, hàn dây, hàn eutectic, v.v., ghép chip lật có điện trở nhiệt thấp tới 0,5℃/W.

Các trạm gốc 5G (suy hao tín hiệu

Giảm điện trở nhiệt. Sử dụng chất nền AlN trong các mô-đun IGBT có thể giảm điện trở nhiệt xuống còn 1,5℃/W.

Có thể sử dụng trong các bộ điều khiển động cơ (ECU), với khả năng chịu nhiệt độ cao và chống rung tuyệt vời.

Các chất nền tản nhiệt cho đèn LED công suất cao, với điện trở nhiệt có thể giảm xuống dưới 3℃/W.

Với lá đồng 1oz, khi nhiệt độ tăng 10℃, đường dẫn có chiều rộng 1mm có thể chịu được dòng điện xấp xỉ 2A.

Nhờ quá trình nung đồng thời, LTCC có thể đạt được tối đa hơn 100 lớp.

Độ bền uốn của Al₂O₃ (96%) >300MPa, và của AlN >350MPa.

Khả năng chống bức xạ (có thể chịu được liều 10⁶Gy), trọng lượng nhẹ (mật độ chỉ bằng khoảng 1/3 so với chất nền kim loại).

Thử nghiệm chu kỳ nhiệt (-40℃~125℃, 1000 lần), thử nghiệm nhiệt ẩm (85℃/85% RH, 1000 giờ).

Nứt lớp mạ kim loại (số chu kỳ hỏng của chất nền Al₂O₃ DBC khoảng 500-800 lần).

Độ dày 1mm có thể chịu được điện áp ≥5kV, điện áp khởi phát phóng điện cục bộ >2kV.

Thử nghiệm bóc băng keo (băng keo 3M 610), không thấy lớp kim loại bị bong ra.

Trong điều kiện làm việc bình thường, tuổi thọ có thể lên đến hơn 10 năm, còn trong môi trường nhiệt độ cao và độ ẩm cao, tuổi thọ giảm xuống còn 5 năm.

Phát hiện tia X, kính hiển vi quét siêu âm (C-SAM), với độ phân giải lên đến 10μm.

Rung động hình sin 5-2000Hz, gia tốc 5g, hoạt động liên tục 2 giờ mà không bị rè.

Thử nghiệm phun muối 96 giờ (dung dịch NaCl 5%), không có hiện tượng ăn mòn lớp mạ kim loại.

Mô hình cơ thể người (HBM) >2kV, mô hình máy (MM) >200V.

-40℃~150℃, thời gian chuyển đổi

Chi phí của chất nền gốm cao gấp 5-10 lần so với FR4, chủ yếu là do vật liệu và quy trình phức tạp.

Sản xuất hàng loạt, tối ưu hóa quy trình (chẳng hạn như sử dụng màng dày thay vì màng mỏng), lựa chọn vật liệu giá rẻ (chẳng hạn như oxit nhôm 60%).

Hiệu suất cách nhiệt tốt hơn (chất nền kim loại cần lớp cách nhiệt), và hệ số giãn nở nhiệt phù hợp hơn với chip.

Nhôm oxit (60%)

Loại vật liệu, độ phức tạp của quy trình, số lớp, kích thước, số lượng đặt hàng.

Có thể đạt được thông qua quy trình cứng-mềm, với mức tăng chi phí từ 20% đến 30%.

Chiếm khoảng 15%-20% tổng chi phí, và việc cải thiện năng suất có thể giảm đáng kể chi phí này.

Khi số lượng đặt hàng vượt quá 5.000 sản phẩm, giá thành đơn vị sẽ giảm đáng kể.

Chu kỳ phát triển dài (3-6 tháng), chi phí khuôn mẫu cao (khoảng 50.000-100.000 nhân dân tệ).

Khả năng tản nhiệt của chất nền AlN cao gấp 3 lần so với PCB nền nhôm, nhưng chi phí lại cao gấp 4 lần.

Được cố định bằng vít hoặc dán bằng keo dẫn nhiệt (điện trở nhiệt

Nhiệt độ đỉnh khi hàn chảy lại: 240-260℃, thời gian

Có thể sửa chữa lại, nhưng nhiệt độ cao có thể gây nứt vỡ gốm với tỷ lệ thành công khoảng 70%.

Làm sạch bằng cồn isopropyl (IPA) bằng sóng siêu âm trong thời gian dưới 10 phút.

Duy trì độ ẩm môi trường làm việc ở mức 40%-60% và đeo vòng tay chống tĩnh điện.

Chọn các vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt tương tự nhau và lấp đầy các khe hở bằng mỡ silicon dẫn nhiệt.

Không nên khuyến cáo sử dụng vì ứng suất nhiệt có thể gây nứt vỡ gốm sứ.

Mô-men xoắn cho vít M3: 0,8-1,2 N·m để tránh tập trung ứng suất.

Phát hiện các điểm nóng thông qua hình ảnh nhiệt hồng ngoại và kiểm tra khả năng kết nối bằng phương pháp kiểm tra điện trở.

Điều kiện bảo quản: độ ẩm

IPC-6012 (Thông số kỹ thuật hiệu năng cho bo mạch in cứng), MIL-P-55110 (Tiêu chuẩn quân sự).

Chứng nhận UL (chống cháy), chứng nhận RoHS (không chứa chất độc hại), ISO 9001.

Đáp ứng tiêu chuẩn thử nghiệm môi trường MIL-STD-810G với các yêu cầu nghiêm ngặt về khả năng chống rung và va đập.

Yêu cầu chứng nhận AEC-Q100 (đối với chip) và AEC-Q200 (đối với linh kiện thụ động).

Tuân thủ các quy định REACH của EU, hạn chế việc sử dụng các chất độc hại như chì và cadmium.

Đạt tiêu chuẩn UL 94 V-0 (không lan truyền ngọn lửa), chỉ số oxy >30%.

Tuân thủ hệ thống quản lý chất lượng thiết bị y tế ISO 13485.

Yêu cầu chứng nhận hệ thống quản lý chất lượng hàng không vũ trụ AS9100.

Tuân thủ tiêu chuẩn bức xạ điện từ EN 55032, phát xạ dẫn

Các tổ chức chứng nhận bên thứ ba: SGS, TÜV, Intertek.

Kiểm tra quy trình liên kết (ví dụ: quá trình oxy hóa lá đồng DBC) và xử lý lại bề mặt.

Dùng nhựa epoxy trám các vết nứt nhỏ; thay thế vật liệu nền đối với các vết nứt lớn.

Điều chỉnh cấu hình nhiệt độ hàn và kiểm soát hoạt tính của chất trợ hàn (cấp độ RA).

Tối ưu hóa hệ thống dây dẫn, sử dụng vật liệu có hằng số điện môi thấp và bổ sung các lớp nối đất.

Kiểm tra đường dẫn truyền nhiệt và thử nghiệm điện trở nhiệt (mục tiêu

Quá trình thiêu kết không đồng đều hoặc giảm ứng suất nhiệt không đủ; tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Làm sạch bằng plasma để loại bỏ cặn bẩn hữu cơ.

Kiểm tra điện trở cách điện (1000V DC) để xác định vị trí các điểm rò rỉ.

Tăng cường lớp phủ bảo vệ (ví dụ: mạ niken-vàng) và tránh các khí ăn mòn.

Tăng độ dày lớp nền (≥0,5mm) và tối ưu hóa thiết kế góc.

Làm mỏng (

Silicon nitride (Si₃N₄), có độ dẫn nhiệt cao (100W/m・K) và độ bền cao.

Công nghệ in 3D gốm sứ đã cho phép tạo ra các cấu trúc tản nhiệt phức tạp với độ chính xác 50μm.

Tối ưu hóa phân bố nhiệt thông qua các thuật toán mô phỏng, rút ​​ngắn chu kỳ thiết kế đến 30%.

Được sử dụng trong các mô-đun nguồn SiC với tốc độ tăng trưởng thị trường hàng năm trên 20%.

Độ suy hao điện môi thấp đáp ứng nhu cầu truyền thông tần số cao, với dự báo nhu cầu sẽ tăng 50% vào năm 2025.

Các loại bột nhão đặc gốc nước thay thế dung môi hữu cơ để giảm phát thải VOC.

Khó khăn trong việc khớp hệ số giãn nở nhiệt, đòi hỏi phải có vật liệu lớp đệm.

Công nghệ in thạch bản EUV hiện cho phép tạo ra các mạch điện tử ở mức 10nm, và hiện đang trong giai đoạn nghiên cứu thí nghiệm.

Độ ổn định cao ở nhiệt độ thấp có thể giúp chúng trở thành vật liệu mang cho các chip lượng tử.

Khả năng chịu nhiệt tối đa: 800℃, yêu cầu vật liệu mạ kim loại chịu nhiệt cao (ví dụ: phương pháp molypden-mangan).

Chịu được áp suất 100MPa và đạt chuẩn bảo vệ IP68 nhờ phương pháp đổ keo.

Sử dụng gốm chịu bức xạ (ví dụ: cacbua silic) để chắn bức xạ neutron.

Kiểm soát trở kháng đặc trưng (50Ω) và giảm tổn hao điện môi (tanδ

Áp dụng cấu trúc tản nhiệt vi kênh với mật độ thông lượng nhiệt lên đến 100W/cm².

Cần thực hiện quá trình thụ động hóa bề mặt, tuân thủ tiêu chuẩn kiểm nghiệm sinh học ISO 10993.

Khả năng chịu nhiệt và cách điện cao, giúp cải thiện hiệu suất hệ thống từ 1% đến 2%.

Đáp ứng các yêu cầu cách điện dòng điện một chiều cao áp (HVDC), điện áp chịu được ≥10kV.

Hãy sử dụng giá đỡ giảm chấn và tránh các tần số kích thích bên ngoài để duy trì tần số tự nhiên.

Tích hợp với chip MEMS để đạt được thiết kế thu nhỏ và tiết kiệm năng lượng.