Keramiska kretskort är viktiga i moderna elektroniska apparater, särskilt för högeffekts- och högfrekvensapplikationer. Deras exceptionella värmeledningsförmåga, isoleringsegenskaper och mekaniska styrka gör dem till ett idealiskt val för krävande miljöer. Bland dessa utmärker sig kretskort med tunnfilmskeramik för sin enastående mönsternoggrannhet och elektriska prestanda och spelar en avgörande roll i avancerade elektroniska system.
Tjockfilm kontra tunnfilm
Metallisering är processen för att bilda ledande spår på ett isolerande keramiskt substrat. De två huvudsakliga metoderna är tjockfilm och tunnfilm teknik. Var och en har sina styrkor, och valet beror på applikationskraven.
Här är en snabb jämförelse:
| Aspekt | Tjockfilmsteknik | Tunnfilmsteknik |
|---|
| Typ av process | Subtraktiv (screentryck & sintring) | Additiv (sputtering + fotolitografi + plätering) |
| Linjebredd/avstånd | ≥ 60µm | < 10µm |
| Metallens tjocklek | Flera µm till tiotals µm | < 1µm (seed-skikt), pläterad till en tjocklek |
| Konduktivitet | Måttlig (glasinnehållande pasta) | Hög (ren, tät metall) |
| Processens komplexitet | Låg till måttlig | Hög |
| Kostnad | Lägre | Högre |
| Typiska användningsfall | Fordon, kraftmoduler och tillförlitliga allmänna komponenter | Högfrekventa, högeffektiva, kompakta enheter: RF/mikrovåg, lasrar, optisk kommunikation |
Kort sagt.., Tjockfilm är en relativt enkel och kostnadseffektiv tryckprocess. Tunnfilm är en sofistikerad mikrofabrikationsprocess i halvledarstil. Ditt val beror på dina behov när det gäller prestanda, storlek och budget.
Att tillverka ett tunnfilmskeramiskt mönsterkort är en exakt process i flera steg:
Förberedelse av substrat → Sputtering → Fotolitografi → Plätering → Etsning
1. Förberedelse av substrat
Den keramiska ytan måste vara perfekt förberedd för att säkerställa en stark metalladhesion. Substraten finns i tre huvudsakliga ytfinishar:
- Som avfyrat: Den naturliga sintrade ytan - tät, slät (Ra < 0,1 µm) och idealisk för tunnfilmskretsar.
- Lappad: En mekaniskt slipad yta - grövre (Ra > 0,1 µm).
- Polerad: En slät, spegelliknande yta (Ra < 0,05 µm) som uppnås genom polering.
Delar tunnas ofta ut till exakta dimensioner med hjälp av dubbelsidig lappning (för hög tjockleksjämnhet) eller enkelsidig lappning.
2. Magnetronförstoftning
Denna vakuumbaserade process ger ett tunt, mycket jämnt metallskikt (typiskt 200-500 nm). Argonjoner bombarderar ett metallmål (t.ex. Cu eller Cr) och kastar ut atomer som binder starkt till den keramiska ytan. Detta skapar en tät grund av hög renhet för den ledande kretsen.
3. Mönster och plätering
Det är här som kretsdesignen tar form, vanligtvis med hjälp av mönsterplätering:
- Fotolitografi: En ljuskänslig resist appliceras, exponeras för UV-ljus genom en mönstrad mask och utvecklas för att avslöja kretsmönstret på seedlagret.
- Elektroplätering: Det exponerade fröskiktet elektropläteras (t.ex. med koppar) för att bygga upp ledartjockleken.
- Motståndskraftig mot strippning och etsning: Den återstående resisten avlägsnas och det oönskade seed layer-materialet etsas bort, vilket lämnar kvar de exakta, fristående kretsspåren.
Varför välja tunnfilmskeramiska mönsterkort?
Viktiga fördelar
- Extrem precision: Stöd för spårbredd och mellanslag under 10 µm - perfekt för miniatyriserade enheter och enheter med högt antal stift.
- Överlägsen högfrekvent prestanda: Idealisk för RF, mikrovågs- och millimetervågor applikationer tack vare fina egenskaper och material med låg förlust.
- Utmärkt värmehantering: I kombination med keramik med hög värmeledningsförmåga (AlN, Al₂O₃) leder dessa kort effektivt bort värme från högeffektskomponenter.
- Integrerade passiva: Möjliggör inbäddning av tunnfilmsresistorer, kondensatorer eller induktorer direkt i substratet.
Primära tillämpningar
Keramiska kretskort med tunnfilm är den föredragna lösningen inom flera högpresterande områden:
- RF- och mikrovågselektronik: Används i LNA, filter, fasförskjutareoch T/R-moduler (transmit/receive) för kommunikations- och radarsystem.
- Flyg- och rymdindustrin samt försvar: Deras lilla storlek, låga vikt och höga tillförlitlighet är avgörande för avionik, satelliter och andra uppdragskritiska system.
- Optoelektronik med hög effekt: Fungerar som substrat för laserdioder (inklusive LiDAR) och LED-paketering med hög ljusstyrka, där precision och termisk hantering är av yttersta vikt.
- Avancerade sensorer & medicintekniska produkter: Används i applikationer som kräver hög signalintegritet och miniatyrisering.
Slutsats
I takt med att elektroniken fortsätter att utvecklas mot större miniatyrisering, högre effekttäthet och snabbare frekvenser, keramiska kretskort med tunnfilm erbjuder en kraftfull lösning med hög prestanda. Även om de är mer komplexa och kostsamma än tjockfilmsalternativen är de ofta det enda valet när prestanda och precision inte är förhandlingsbara.
Genom att förstå tunnfilmstekniken kan PCB-proffs hantera de växande kraven på avancerade elektroniska förpackningar - och flytta fram gränserna för vad som är möjligt inom systemintegration.