Keramische Leiterplatten sind in modernen elektronischen Geräten unverzichtbar, insbesondere für Anwendungen mit hoher Leistung und hohen Frequenzen. Ihre außergewöhnliche Wärmeleitfähigkeit, Isolationseigenschaften und mechanische Festigkeit machen sie zu einer idealen Wahl für anspruchsvolle Umgebungen. Unter diesen zeichnen sich Dünnschicht-Keramikleiterplatten durch ihre hervorragende Mustergenauigkeit und elektrische Leistung aus und spielen eine entscheidende Rolle in modernen elektronischen Systemen.
Dickschicht vs. Dünnschicht
Unter Metallisierung versteht man die Herstellung von Leiterbahnen auf einem isolierenden Keramiksubstrat. Die beiden wichtigsten Methoden sind Dickschicht und Dünnschicht Technologie. Jede hat ihre Stärken, und die Wahl hängt von den Anforderungen der Anwendung ab.
Hier ist ein schneller Vergleich:
| Aspekt | Dickschicht-Technologie | Dünnschicht-Technologie |
|---|
| Prozess-Typ | Subtraktiv (Siebdruck und Sinterung) | Additiv (Sputtern + Photolithographie + Beschichtung) |
| Linienbreite/Leerstand | ≥ 60µm | < 10µm |
| Dicke des Metalls | Einige µm bis einige zehn µm | < 1µm (Keimschicht), plattiert mit einer Dicke |
| Leitfähigkeit | Mäßig (glashaltige Paste) | Hoch (reines, dichtes Metall) |
| Komplexität der Prozesse | Gering bis mäßig | Hoch |
| Kosten | Unter | Höher |
| Typische Anwendungsfälle | Automotive, Leistungsmodule und zuverlässige allgemeine Komponenten | Hochfrequenz-, Hochleistungs- und Kompaktgeräte: RF/Mikrowellen, Laser, optische Kommunikation |
Kurz gesagt, Die Dickschichttechnik ist ein relativ einfaches und kostengünstiges Druckverfahren. Dünnschicht ist ein hochentwickeltes, halbleiterähnliches Mikrofabrikationsverfahren. Ihre Wahl hängt von Ihren Anforderungen an Leistung, Größe und Budget ab.
Wie Dünnschicht Keramische PCBs Hergestellt werden
Die Herstellung einer Dünnschicht-Keramik-Leiterplatte ist ein präziser, mehrstufiger Prozess:
Substratvorbereitung → Sputtern → Photolithographie → Beschichtung → Ätzen
1. Vorbereitung des Substrats
Die keramische Oberfläche muss perfekt vorbereitet sein, um eine starke Metallhaftung zu gewährleisten. Substrate gibt es in drei verschiedenen Oberflächenausführungen:
- Einbrennen: Die natürliche gesinterte Oberfläche - dicht, glatt (Ra < 0,1µm) und ideal für Dünnschichtschaltungen.
- Geläppt: Eine mechanisch geschliffene Oberfläche - rauher (Ra > 0,1µm).
- Poliert: Eine glatte, spiegelähnliche Oberfläche (Ra < 0,05µm), die durch Polieren erreicht wird.
Die Teile werden oft mit Hilfe der folgenden Verfahren auf genaue Abmessungen gedünnt beidseitiges Läppen (für hohe Dickengleichmäßigkeit) oder einseitiges Läppen.
2. Magnetronzerstäubung
Bei diesem vakuumbasierten Verfahren wird eine dünne, extrem gleichmäßige Metallschicht (in der Regel 200-500 nm) abgeschieden. Argon-Ionen beschießen ein Metalltarget (z. B. Cu oder Cr) und stoßen Atome aus, die sich fest mit der Keramikoberfläche verbinden. Auf diese Weise entsteht eine hochreine, dichte Grundlage für den leitenden Schaltkreis.
3. Strukturierung und Beschichtung
Hier nimmt der Schaltungsentwurf Gestalt an, in der Regel unter Verwendung von Musterbeschichtung:
- Fotolithografie: Ein lichtempfindlicher Resist wird aufgetragen, durch eine strukturierte Maske mit UV-Licht bestrahlt und entwickelt, um das Schaltkreismuster auf der Keimschicht sichtbar zu machen.
- Galvanik: Die freiliegende Keimschicht wird galvanisch beschichtet (z. B. mit Kupfer), um die Leiterstärke zu erhöhen.
- Abbeizen und Ätzen von Resisten: Der verbleibende Resist wird entfernt, und das unerwünschte Keimschichtmaterial wird weggeätzt, so dass die präzisen, eigenständigen Leiterbahnen zurückbleiben.
Warum Dünnschicht-Keramik-Leiterplatten wählen?
Wichtigste Vorteile
- Extreme Präzision: Unterstützt Leiterbahnbreiten und Leerzeichen unter 10 µm - perfekt für miniaturisierte und hochpolige Geräte.
- Hervorragende Leistung im Hochfrequenzbereich: Ideal für RF, Mikrowellen und Millimeterwellen Anwendungen aufgrund der feinen Merkmale und verlustarmen Materialien.
- Ausgezeichnetes Wärmemanagement: In Kombination mit hoch wärmeleitenden Keramiken (AlN, Al₂O₃) leiten diese Platinen die Wärme von Hochleistungskomponenten effizient ab.
- Integrierte Passive: Ermöglicht das Einbetten von Dünnschichtwiderständen, Kondensatoren oder Induktoren direkt in das Substrat.
Primäre Anwendungen
Dünnschicht-Keramik-Leiterplatten sind die bevorzugte Lösung in mehreren Hochleistungsbereichen:
- RF- und Mikrowellenelektronik: Verwendet in LNAs, Filter, Phasenschieberund Sende-/Empfangsmodule (T/R) für Kommunikations- und Radarsysteme.
- Luft- und Raumfahrt & Verteidigung: Ihre geringe Größe, ihr geringes Gewicht und ihre hohe Zuverlässigkeit sind für Avionik, Satelliten und andere missionskritische Systeme entscheidend.
- Leistungsstarke Optoelektronik: Sie dienen als Substrate für Laserdioden (einschließlich LiDAR) und LED-Gehäuse mit hoher Helligkeit, bei denen Präzision und Wärmemanagement von größter Bedeutung sind.
- Fortschrittliche Sensoren und medizinische Geräte: Einsatz in Anwendungen, die eine hohe Signalintegrität und Miniaturisierung erfordern.
Schlussfolgerung
Die Elektronik entwickelt sich weiter in Richtung stärkere Miniaturisierung, höhere Leistungsdichte und schnellere FrequenzenDünnschicht-Keramikleiterplatten bieten eine leistungsstarke Lösung. Sie sind zwar komplexer und kostspieliger als Dickschicht-Alternativen, aber oft die einzige Wahl, wenn Leistung und Präzision nicht verhandelbar sind.
Durch das Verständnis der Dünnschichttechnologie sind Leiterplattenexperten in der Lage, die wachsenden Anforderungen an fortschrittliche elektronische Verpackungen zu bewältigen und die Grenzen des Möglichen bei der Systemintegration zu erweitern.