Vad är ett keramiskt kretskort och vilka typer av keramiska kretskort finns det?

Vad är en Keramisk kretskort?

Keramiska kretskort (PCB) är kretskort som använder keramiska material som substrat. De tillverkas av keramiska pulver (som aluminiumoxid, aluminiumnitrid eller berylliumoxid) i kombination med organiska bindemedel.Deras värmeledningsförmåga ligger vanligtvis mellan 9 och 20 W/m·K, vilket gör dem utmärkta för värmehantering. De har också en låg värmeutvidgningskoefficient (CTE) och stabila elektriska egenskaper. De tillverkas med hjälp av tekniker som Laser Activated Metallization (LAM), vilket gör dem perfekta för elektroniska enheter som används i miljöer med hög effekt, hög frekvens och hög temperatur.

Olika typer av keramiska mönsterkort

Baserat på materialsystem och tillverkningsprocesser kategoriseras keramiska mönsterkort främst i följande typer:

1. HTCC (keramik som bränns i hög temperatur)

• Material: Aluminiumoxidbaserad keramik med metallpasta av volfram/molybden.
• Process: Sameldning i en väteatmosfär vid 1600–1700 °C i upp till 48 timmar.
• FunktionerHög strukturell styrka och precision, lämplig för flyg- och rymdtillämpningar med hög tillförlitlighet och militära tillämpningar.

2.LTCC (keramik med låg temperatur)

• MaterialKristallglas + keramiska kompositmaterial med guldbaserade pastor.
• Process: Sintring vid cirka 900 °C, följt av laminering och formning.
• FunktionerLåg krympningstolerans och hög mekanisk hållfasthet, används ofta i RF-moduler och sensorer.

3.Keramiskt kretskort med tjock film

• Process: Screentryck av silver-/guld-palladiumpasta på keramiska substrat, följt av sintring vid hög temperatur (≤1000 °C).
• Funktioner: Ledarskiktets tjocklek är 10–13 μm, stödjer integration av passiva komponenter såsom motstånd och kondensatorer, lämpligt för komplexa kretskonstruktioner.

4.Keramiskt kretskort med tunn film

• ProcessBildning av metallkretsar på mikronivå genom vakuumdeposition eller sputtering.
• FunktionerHög kretsnoggrannhet, idealisk för högfrekventa mikrovågskretsar.

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

• ProcessDirekt limning av kopparfolie på keramiska ytor vid höga temperaturer (DBC) eller kretsbildning via elektroplätering (DPC).
• FunktionerUtmärkt värmeledningsförmåga och strömförande förmåga, vilket gör dem till förstahandsvalet för krafthalvledare (t.ex. IGBT) och LED-belysning.

Fördelar med keramiska mönsterkort

1. Hög värmeledningsförmåga:
   Värmeledningsförmågan är mycket högre än hos traditionella FR-4-substrat (t.ex. kan aluminiumnitrid nå 170–230 W/m·K), vilket effektivt hanterar värmeavledningen i hög effekt-enheter.
2. Utmärkt högfrekvent prestanda:
   Låg dielektrisk förlust och stabil dielektrisk konstant, lämplig för 5G-, RF- och mikrovågskommunikation.
3. Stabilitet vid höga temperaturer:
   Kan användas i miljöer med temperaturer över 350 °C, vilket gör dem idealiska för fordonselektronik, rymdindustri och andra högtemperaturapplikationer.
4. Mekanisk och kemisk beständighet:
   Hög mekanisk hållfasthet, motståndskraft mot vibrationer, korrosion och kemisk erosion.
5. Dimensionsstabilitet och låg CTE:
   Den termiska expansionskoefficienten ligger nära den för kiselchip, vilket minskar antalet anslutningsfel som orsakas av termisk stress.
6. Integrationsförmåga med hög densitet:
   Stöder fina linjebredder, mikrovias och stapling av flera lager, vilket är lämpligt för miniatyriserade konstruktioner.

Tillverkningsprocess för keramiska mönsterkort

1. Design och layout:
   Kretsdesign med hjälp av CAD-programvara, optimering av termisk hantering och signalintegritet.
2. Förberedelse av substrat:
   Keramiska substrat (Al₂O₃, AlN, SiC, etc.) skärs och poleras till önskade dimensioner.
3. Avsättning av ledande skikt:
   Ledande pasta av silver/guld/palladium appliceras med screentryck eller bläckstråleteknik.
4. Via borrning och fyllning:
   Laser- eller mekanisk borrning, med ledande material som fyller hålrummen för anslutningar mellan skikten.
5. Sambränning och sintring:

• HTCC: Sintrad i en vätgasmiljö vid 1600–1700 °C.
• LTCC: Lågtemperatursintring vid cirka 900 °C.
  Flerskiktskretsar kräver stapling före sambränning.

1. Montering och testning av komponenter:
   SMD-komponenter löds fast, följt av elektriska tester, miljötester och tillförlitlighetstester.
2. Skyddande beläggning och förpackning:
   Skyddande skikt appliceras för att förbättra miljötåligheten, följt av slutlig funktionstestning och förpackning.

När ska man välja keramiska mönsterkort?

Keramiska mönsterkort är lämpliga för följande scenarier:

• Högeffektsapparater: Till exempel IGBT-moduler, krafthanteringssystem och LED-lampor för fordon.
• Högfrekventa tillämpningar5G-basstationer, radarsystem, satellitkommunikation.
• Miljöer med hög temperaturMotorstyrning för flyg- och rymdindustrin, fordonselektronik.
• Krav på hög tillförlitlighetMedicintekniska produkter (t.ex. kirurgiska instrument med laser), militär utrustning.
• Kemiskt korrosiva miljöer: Oljeprospektering, industriell automation.

Hänsyn för att minimera termisk chock:

• Keramiska mönsterkort är relativt dyra, vilket gör dem lämpliga för högpresterande behov snarare än för konsumentprodukter.
• Konstruktionen måste ta hänsyn till materialets sprödhet för att undvika mekanisk spänningskoncentration.
• Hög processkomplexitet kräver samarbete med leverantörer med gedigen teknisk expertis.

Tillämpningsområden