Keramische printplaten zijn essentieel in moderne elektronische apparaten, vooral voor toepassingen met hoog vermogen en hoge frequenties. Hun uitzonderlijke thermische geleidbaarheid, isolatie-eigenschappen en mechanische sterkte maken ze een ideale keuze voor veeleisende omgevingen. Dunnefilm keramische printplaten onderscheiden zich door hun uitstekende patroonnauwkeurigheid en elektrische prestaties en spelen een cruciale rol in geavanceerde elektronische systemen.
Dikke film vs. dunne film
Metallisatie is het proces waarbij geleidende sporen worden gevormd op een isolerend keramisch substraat. De twee belangrijkste methoden zijn dikke film en dunne film technologie. Elk heeft zijn sterke punten en de keuze hangt af van de vereisten van de toepassing.
Hier is een snelle vergelijking:
| Aspect | Dikfilmtechnologie | Dunne-film technologie |
|---|
| Procestype | Subtractief (zeefdrukken & sinteren) | Additief (sputteren + fotolithografie + plateren) |
| Lijnbreedte/ruimte | ≥ 60 µm | < 10 µm |
| Metaaldikte | Enkele µm tot tientallen µm | < 1 µm (zaadlaag), geplateerd tot een dikte van |
| Geleidbaarheid | Matig (glashoudende pasta) | Hoog (zuiver, dicht metaal) |
| Complexiteit van het proces | Laag tot matig | Hoog |
| Kosten | Onder | Hoger |
| Typische gebruikssituaties | Automotive, voedingsmodules en betrouwbare algemene componenten | Compacte apparaten met hoge frequentie en hoog vermogen: RF/microgolf, lasers, optische communicatie |
Kortom, Dikke film is een relatief eenvoudig en kosteneffectief printproces. Dunne film is een geavanceerd microfabricageproces in halfgeleiderstijl. Je keuze hangt af van je prestaties, grootte en budget.
Het maken van een keramische printplaat met dunne film is een nauwkeurig proces in meerdere stappen:
Substraatvoorbereiding → Sputteren → Fotolithografie → Plateren → Etsen
1. Substraatvoorbereiding
Het keramische oppervlak moet perfect voorbereid zijn om een sterke metaalhechting te garanderen. Substraten zijn er in drie hoofdafwerkingen:
- Zoals gestookt: Het natuurlijke gesinterde oppervlak - dicht, glad (Ra < 0,1 µm) en ideaal voor dunne-filmcircuits.
- Gelapt: Een mechanisch geslepen oppervlak - ruwer (Ra > 0,1µm).
- Gepolijst: Een gladde, spiegelachtige afwerking (Ra < 0,05µm) bereikt door polijsten.
Onderdelen worden vaak verdund tot precieze afmetingen met behulp van dubbelzijdig lappen (voor een hoge dikte-uniformiteit) of enkelzijdig lappen.
2. Magnetron Sputteren
Dit vacuümproces deponeert een dunne, ultra-uniforme metaallaag (meestal 200-500 nm). Argonionen bombarderen een metalen doelwit (bijvoorbeeld Cu of Cr), waarbij atomen worden uitgeworpen die zich sterk hechten aan het keramische oppervlak. Dit creëert een zeer zuivere, dichte basis voor het geleidende circuit.
3. Patronen en plateren
Hier krijgt het circuitontwerp vorm, meestal met behulp van patroonplateren:
- Fotolithografie: Een lichtgevoelige weerstand wordt aangebracht, blootgesteld aan UV-licht via een masker met patroon en ontwikkeld om het circuitpatroon op de zaadlaag te onthullen.
- Galvanisch verzinken: De blootliggende zaadlaag wordt gegalvaniseerd (bijvoorbeeld met koper) om de geleiderdikte op te bouwen.
- Weerstand strippen en etsen: De resterende weerstand wordt verwijderd en het ongewenste zaadlaagmateriaal wordt weg geëtst, waardoor de precieze, zelfstandige circuitsporen achterblijven.
Waarom kiezen voor dunne-film keramische PCB's?
Belangrijkste voordelen
- Extreme precisie: Ondersteunt spoorbreedten en spaties onder 10 µm - perfect voor miniatuurapparaten en apparaten met een hoog aantal pinnen.
- Superieure prestaties bij hoge frequenties: Ideaal voor RF, microgolf en millimetergolf toepassingen dankzij de fijne eigenschappen en materialen met laag verlies.
- Uitstekend thermisch beheer: In combinatie met keramiek met hoge thermische geleidbaarheid (AlN, Al₂O₃) voeren deze printplaten de warmte van krachtige componenten efficiënt af.
- Geïntegreerde passieven: Hiermee kunnen dunne-film weerstanden, condensatoren of spoelen direct in het substraat worden ingebed.
Primaire toepassingen
Dunne-film keramische PCB's zijn de voorkeursoplossing op verschillende gebieden met hoge prestaties:
- RF & Microgolf Elektronica: Gebruikt in LNA's, filters, faseverschuiversen zend/ontvangmodules (T/R) voor communicatie- en radarsystemen.
- Luchtvaart & ruimtevaart; Defensie: Hun kleine formaat, lichte gewicht en hoge betrouwbaarheid zijn essentieel voor luchtvaartelektronica, satellieten en andere missiekritische systemen.
- Opto-elektronica met hoog vermogen: Dienen als substraat voor laserdioden (inclusief LiDAR) en LED-verpakkingen met hoge helderheid, waarbij precisie en thermisch beheer van het grootste belang zijn.
- Geavanceerde sensoren en medische apparatuur: Gebruikt in toepassingen die een hoge signaalintegriteit en miniaturisatie vereisen.
Conclusie
Terwijl elektronica zich blijft ontwikkelen in de richting van grotere miniaturisatie, hogere vermogensdichtheid en snellere frequentieskeramische printplaten met dunne film bieden een krachtige oplossing met hoge prestaties. Hoewel ze complexer en duurder zijn dan dikke-film alternatieven, zijn ze vaak de enige keuze als prestaties en precisie onontbeerlijk zijn.
Inzicht in dunnefilmtechnologie stelt PCB-professionals in staat om te voldoen aan de groeiende eisen van geavanceerde elektronische verpakking en de grenzen te verleggen van wat mogelijk is in systeemintegratie.