I circuiti stampati in ceramica sono essenziali nei moderni dispositivi elettronici, in particolare per le applicazioni ad alta potenza e ad alta frequenza. La loro eccezionale conducibilità termica, le proprietà isolanti e la resistenza meccanica ne fanno la scelta ideale per gli ambienti più difficili. Tra questi, i circuiti ceramici a film sottile si distinguono per l'eccezionale precisione dei modelli e le prestazioni elettriche, svolgendo un ruolo fondamentale nei sistemi elettronici all'avanguardia.
Film spesso vs. film sottile
La metallizzazione è il processo di formazione di tracce conduttive su un substrato ceramico isolante. I due metodi principali sono film spesso nonché film sottile tecnologia. Ciascuna ha i suoi punti di forza e la scelta dipende dai requisiti dell'applicazione.
Ecco un rapido confronto:
| Aspetto | Tecnologia a film spesso | Tecnologia a film sottile |
|---|
| Tipo di processo | Sottrattivo (serigrafia e sinterizzazione) | Additivo (sputtering + fotolitografia + placcatura) |
| Larghezza della linea/Spazio | ≥ 60µm | < 10µm |
| Spessore del metallo | Da alcuni µm a decine di µm | < 1µm (strato di seme), placcato ad uno spessore |
| Conducibilità | Moderato (pasta contenente vetro) | elevata (metallo puro e denso) |
| Complessità del processo | Da basso a moderato | elevata |
| costo | Più basso | Più alto |
| Casi d'uso tipici | Automotive, moduli di potenza e componenti generali affidabili | Dispositivi compatti ad alta frequenza e alta potenza: RF/microonde, laser, comunicazioni ottiche |
In breve, Il film spesso è un processo di stampa relativamente semplice ed economico. Il film sottile è un sofisticato processo di microfabbricazione in stile semiconduttore. La scelta dipende dalle prestazioni, dalle dimensioni e dalle esigenze di budget.
Come il film sottile PCB ceramici Sono fatti
La realizzazione di un PCB ceramico a film sottile è un processo preciso e in più fasi:
Preparazione del substrato → Sputtering → Fotolitografia → Placcatura → Incisione
1. Preparazione del substrato
La superficie ceramica deve essere perfettamente preparata per garantire una forte adesione al metallo. I substrati sono disponibili in tre principali finiture superficiali:
- Come cotto: La superficie sinterizzata naturale - densa, liscia (Ra < 0,1µm) e ideale per i circuiti a film sottile.
- Lappato: Una superficie rettificata meccanicamente - più ruvida (Ra > 0,1µm).
- Lucido: Una finitura liscia e speculare (Ra < 0,05µm) ottenuta mediante lucidatura.
I pezzi vengono spesso assottigliati a dimensioni precise utilizzando lappatura su entrambi i lati (per un'elevata uniformità di spessore) o lappatura su un solo lato.
2. Sputtering con magnetron
Questo processo sotto vuoto deposita uno strato metallico sottile e ultra-uniforme (in genere 200-500 nm). Gli ioni di argon bombardano un bersaglio metallico (ad esempio, Cu o Cr), espellendo atomi che si legano fortemente alla superficie della ceramica. In questo modo si crea una base densa e di elevata purezza per il circuito conduttivo.
3. Modellatura e placcatura
È qui che prende forma la progettazione del circuito, che in genere si avvale di placcatura del modello:
- Fotolitografia: Viene applicata una resistenza sensibile alla luce, esposta alla luce UV attraverso una maschera modellata e sviluppata per rivelare il disegno del circuito sullo strato di partenza.
- Galvanotecnica: Lo strato di seme esposto viene elettroplaccato (ad esempio, con rame) per aumentare lo spessore del conduttore.
- Sverniciatura e incisione di resistenze: La resistenza rimanente viene rimossa e il materiale dello strato seminale indesiderato viene inciso, lasciando dietro di sé le tracce precise del circuito.
Perché scegliere i PCB ceramici a film sottile?
Vantaggi principali
- Estrema precisione: Supporta le larghezze e gli spazi delle tracce sotto i 10 µm - perfetto per i dispositivi miniaturizzati e ad alto numero di pin.
- Prestazioni superiori ad alta frequenza: Ideale per RF, microonde e onde millimetriche applicazioni, grazie alle caratteristiche sottili e ai materiali a bassa perdita.
- Eccellente gestione termica: In combinazione con ceramiche ad alta conduttività termica (AlN, Al₂O₃), queste schede dissipano efficacemente il calore dei componenti ad alta potenza.
- Passivi integrati: Consente di incorporare resistenze, condensatori o induttori a film sottile direttamente nel substrato.
Applicazioni primarie
I PCB ceramici a film sottile sono la soluzione preferita in diversi settori ad alte prestazioni:
- Elettronica RF e microonde: Utilizzato in LNA, filtri, sfasatorie moduli di trasmissione/ricezione (T/R) per sistemi di comunicazione e radar.
- Aeronautica & difesa: Le dimensioni ridotte, il peso ridotto e l'elevata affidabilità sono fondamentali per l'avionica, i satelliti e altri sistemi mission-critical.
- Optoelettronica ad alta potenza: Servono come substrati per diodi laser (compresi i LiDAR) e il confezionamento di LED ad alta luminosità, dove la precisione e la gestione termica sono fondamentali.
- Sensori avanzati e dispositivi medici: Utilizzato in applicazioni che richiedono elevata integrità del segnale e miniaturizzazione.
conclusioni
Con la continua evoluzione dell'elettronica verso maggiore miniaturizzazione, maggiore densità di potenza e frequenze più velociI circuiti ceramici a film sottile offrono una soluzione potente e ad alte prestazioni. Pur essendo più complesse e costose delle alternative a film spesso, sono spesso l'unica scelta possibile quando le prestazioni e la precisione sono irrinunciabili.
La comprensione della tecnologia a film sottile consente ai professionisti dei circuiti stampati di affrontare le crescenti esigenze del packaging elettronico avanzato, spingendo i confini di ciò che è possibile fare nell'integrazione dei sistemi.