Hvad er et keramisk printkort, og hvilke typer keramiske printkort findes der?

Hvad er en Keramisk printkort?

Keramiske printkort (PCB'er) er printkort, der bruger keramiske materialer som underlag. De fremstilles ved hjælp af keramiske pulvere (som aluminiumoxid, aluminiumnitrid eller berylliumoxid) kombineret med organiske bindemidler.Deres varmeledningsevne ligger typisk mellem 9-20 W/m·K, hvilket gør dem fremragende til varmehåndtering. De har også en lav termisk ekspansionskoefficient(CTE) og stabile elektriske egenskaber. De fremstilles ved hjælp af teknikker somLaser Activated Metallization (LAM), hvilket gør dem perfekte til elektroniske enheder, der fungerer i miljøer med høj effekt, høj frekvens og høj temperatur.

Typer af keramiske printkort

Baseret på materialesystemer og fremstillingsprocesser kategoriseres keramiske printkort primært i følgende typer:

1. HTCC (højtemperatur co-brændt keramik)

• Materialer: Aluminiumoxidbaseret keramik med wolfram/molybdæn-metalpasta.
• Proces: Sammefyring i en hydrogenatmosfære ved 1600–1700 °C i op til 48 timer.
• Funktionerapsuleringsprocesser og mødeHøj strukturel styrke og præcision, velegnet til høj pålidelighed inden for rumfart og militær.

2.LTCC (Co-fyret keramik ved lav temperatur)

• MaterialerKrystalglas + keramiske kompositmaterialer med guldbaserede pastaer.
• Proces: Sintring ved ca. 900 °C, efterfulgt af laminering og formning.
• Funktionerapsuleringsprocesser og mødeLav krympetolerance og høj mekanisk styrke, meget brugt i RF-moduler og sensorer.

3.Keramisk printkort med tyk film

• Proces: Serigrafi af sølv/guld-palladium-pastaer på keramiske underlag efterfulgt af sintring ved høj temperatur (≤1000 °C).
• Funktionerapsuleringsprocesser og møde: Ledende lagtykkelse på 10–13 μm, understøtter integration af passive komponenter såsom modstande og kondensatorer, velegnet til komplekse kredsløbsdesign.

4.Tyndfilms-keramisk printkort

• ProcesDannelse af metalkredsløb på mikroniveau ved hjælp af vakuumaflejring eller sputtering.
• Funktionerapsuleringsprocesser og mødeHøj kredsløbspræcision, ideel til højfrekvente mikrobølgekredsløb.

5.DBC/DPC (Direct Bonded Copper/Direct Plated Copper Ceramic Substrate)

• ProcesDirekte limning af kobberfolie på keramiske overflader ved høje temperaturer (DBC) eller kredsløbsdannelse via elektroplettering (DPC).
• Funktionerapsuleringsprocesser og mødeFremragende varmeledningsevne og strømføringsevne, hvilket gør dem til det foretrukne valg til effekthalvledere (f.eks. IGBT'er) og LED-belysning.

Fordele ved keramiske printkort

1. Høj termisk ledningsevne:
   Varmeledningsevnen er meget højere end traditionelle FR-4-substrater (f.eks. kan aluminiumnitrid nå 170-230 W/m·K), hvilket effektivt løser problemet med varmeafledning i højtydende enheder.
2. Fremragende højfrekvent ydeevne:
   Lavt dielektrisk tab og stabil dielektrisk konstant, velegnet til 5G-, RF- og mikrobølgekommunikation.
3. Stabilitet ved høje temperaturer:
   Kan fungere i miljøer med temperaturer over 350 °C, hvilket gør dem ideelle til bilelektronik, rumfart og andre højtemperaturanvendelser.
4. Mekanisk og kemisk holdbarhed:
   Høj mekanisk styrke, modstandsdygtighed over for vibrationer, korrosion og kemisk erosion.
5. Dimensionsstabilitet og lav CTE:
   Den termiske udvidelseskoefficient er tæt på den for siliciumchips, hvilket reducerer forbindelsesfejl forårsaget af termisk stress.
6. Integrationskapacitet med høj densitet:
   Understøtter fine linjebredder, mikrovias og stabling af flere lag, velegnet til miniaturiserede designs.

Fremstillingsproces af keramiske printkort

1. Design og layout:
   Kredsløbsdesign ved hjælp af CAD-software, optimering af termisk styring og signalintegritet.
2. Forberedelse af substrat:
   Keramiske substrater (Al₂O₃, AlN, SiC osv.) skæres og poleres til de ønskede dimensioner.
3. Aflejring af ledende lag:
   Ledende sølv/guld-palladium-pasta påføres via serigrafi eller inkjet-teknologi.
4. Via boring og påfyldning:
   Laser- eller mekanisk boring med ledende materialer, der fylder hullerne til forbindelser mellem lagene.
5. Co-firing og sintring:

• HTCC: Sintret i et hydrogenmiljø ved 1600-1700 °C.
• LTCC: Lavtemperatursintring ved ca. 900 °C.
  Flerlagskredsløb kræver stabling før sambrænding.

1. Montering og test af komponenter:
   SMD-komponenter loddes, efterfulgt af elektriske, miljømæssige og pålidelighedstests.
2. Beskyttende belægning og emballage:
   Der påføres beskyttende lag for at forbedre miljømodstandsdygtigheden, efterfulgt af endelig funktionstest og emballering.

Hvornår skal man vælge keramiske printkort?

Keramiske printkort er velegnede til følgende scenarier:

• Enheder med høj effekt: Såsom IGBT-moduler, strømstyringssystemer og LED-lamper til biler.
• Højfrekvente anvendelser5G-basestationer, radarsystemer, satellitkommunikation.
• Omgivelser med høj temperaturKontrol af flymotorer, elektronik til biler.
• Krav til høj pålidelighedMedicinsk udstyr (f.eks. laserkirurgiske instrumenter), militært udstyr.
• Kemisk ætsende miljøer: Olieefterforskning, industriel automatisering.

Overvejelser:

• Keramiske printkort er relativt dyre, hvilket gør dem velegnede til højtydende behov snarere end til forbrugerprodukter.
• Designet skal tage højde for materialets skørhed for at undgå mekanisk spændingskoncentration.
• Høj proceskompleksitet kræver samarbejde med leverandører med moden teknisk ekspertise.

Anvendelsesområder