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

Hvad er en Keramisk printkort?

Ceramic PCBs (printed circuit boards) are circuit boards that use ceramic materials as substrates. They are made using ceramic powders (like aluminum oxide, aluminum nitride, or beryllium oxide) combined with organic binders. Their thermal conductivity typically ranges between 9-20 W/m·K, which makes them excellent for managing heat. They also have a low coefficient of thermal expansion (CTE) and stable electrical characteristics. They’re made using techniques like Laser Activated Metallization (LAM), which makes them perfect for electronic devices that operate in high-power, high-frequency, and high-temperature environments.

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: Co-firing in a hydrogen atmosphere at 1600–1700°C for up to 48 hours.
• 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: Sintering at approximately 900°C, followed by lamination and forming.
• Funktionerapsuleringsprocesser og mødeLav krympetolerance og høj mekanisk styrke, meget brugt i RF-moduler og sensorer.

3.Keramisk printkort med tyk film

• Proces: Screen printing of silver/gold-palladium pastes onto ceramic substrates, followed by high-temperature sintering (≤1000°C).
• Funktionerapsuleringsprocesser og møde: Conductor layer thickness of 10–13 μm, supports integration of passive components such as resistors and capacitors, suitable for complex circuit designs.

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:
   Thermal conductivity is much higher than traditional FR-4 substrates (e.g., aluminum nitride can reach 170-230W/m·K), effectively addressing heat dissipation in high-power devices.
2. Fremragende højfrekvent ydeevne:
   Lavt dielektrisk tab og stabil dielektrisk konstant, velegnet til 5G-, RF- og mikrobølgekommunikation.
3. Stabilitet ved høje temperaturer:
   Can operate in environments above 350°C, making them ideal for automotive electronics, aerospace, and other high-temperature applications.
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:
   Ceramic substrates (Al₂O₃, AlN, SiC, etc.) are cut and polished to target dimensions.
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: Sintered in a hydrogen environment at 1600-1700°C.
• LTCC: Low-temperature sintering at around 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