RU
ENКерамические печатные платы (КСП) широко используются в 5G-связи, новых энергетических транспортных средствах, промышленном управлении и других областях благодаря высокой теплоотдаче, высокой изоляции и высокочастотным характеристикам.Процесс ее производства значительно отличается от традиционной печатной платы FR-4, и она должна решить основную проблему хрупкой и твердой керамики, а также высокую сложность обработки.Ниже перечислены ключевые процессы и технологические моменты:
I. Подготовка материала: соответствие требованиям производительности
Основным материалом является керамический порошок (глинозем, нитрид алюминия, нитрид кремния), который необходимо выбирать в соответствии со сценарием применения:
- Глинозем: низкая стоимость, теплопроводность 20-35 Вт/м-К, используется для общепромышленного оборудования;
- Нитрид алюминия: теплопроводность 170-230 Вт/м-К, используется для модулей высокой мощности;
- Нитрид кремния: высокая прочность и термостойкость, используется в аэрокосмической промышленности.
Порошок необходимо измельчить до размера частиц <1 микрона, добавить добавки (например, оксид иттрия) для улучшения характеристик, а затем смешать с органическими растворителями для получения печатной пасты.
II. Формование и перенос графики: от порошка до схем
- Эпитаксиальное формование: паста наносится на стальную ленту, высушивается градиентом для формирования керамической ленты-заготовки (1-0,5 мм) с допуском по толщине ±5%, затем вырезается до требуемого размера и проверяется на шероховатость поверхности (Ra <100 нм) и равномерность толщины.
- Сверление и печать: После лазерного сверления (диаметр 50-300 мкм) рисунок схемы формируется методом трафаретной печати или фотолитографии с шириной линии до 5 мкм (фотолитография) или 20 мкм (трафаретная печать), после чего печатные платы необходимо высушить при температуре 150°C, чтобы паста первоначально затвердела.
III. Процесс металлизации: проблема сочетания керамики и металлов
Основная технология производства керамических печатных плат заключается в решении проблемы сочетания керамики и металла, а основные процессы делятся на три категории:
1. Толстопленочный процесс (недорогая программа)
- Метод: Трафаретная печать серебряной/золотой пастой, высокотемпературное спекание при 800-1000°C.
- Характеристики: ширина линии > 100 микрон, подходит для светодиодных подложек и других сценариев, не требующих высокой точности.
2. Тонкопленочный процесс (высокоточная программа)
- Метод: магнетронное напыление наноразмерной медно-никелевой пленки, фотолитографическое травление для формирования линии.
- Характеристики: ширина линии <10 микрон, используется в упаковке микросхем и других высокочастотных областях, высокая стоимость.
3. прямая медная плакировка (DBC) с активной металлической пайкой (AMB) (программа высокой мощности)
- DBC: медная фольга (≥100 микрон) спекается непосредственно на керамической поверхности при температуре 1065°C, средняя прочность соединения.
- AMB: слой активного металла титана/циркония добавляется между медной фольгой и керамикой, вакуумная пайка для достижения более прочного соединения (прочность ≥40 МПа), может пропускать сотни ампер тока.
IV. Спекание и последующая обработка: определение характеристик при высоких температурах
- Многослойное спекание: после изостатического прессования многослойных сырых заготовок глиноземистая керамика спекается при 1600°C (2-4 часа сохранения тепла), нитрид алюминия необходимо спекать в два этапа (1600°C → 1800°C), плотность должна быть ≥3,25 г/см³.
- Обработка поверхности: гальваническое покрытие медью/никелем/золотом или химическое никелирование для повышения надежности сварки; металлизация сквозных отверстий, заполненных медью/серебром для достижения вертикальной проводимости.
V. Испытания и доставка: строгие стандарты, гарантирующие эффективность
После проверки внешнего вида, измерения размеров (точность ширины линии ±5%), проверки электрических характеристик (сопротивление изоляции >10¹²Ω) и проверки надежности (1000 раз термоциклирования), шпон разрезается лазером на планки и упаковывается в вакуум для отправки.
Производственные трудности и инновационные направления
- Трудности: хрупкая керамика склонна к образованию трещин при обработке, металлизированная связка должна выдерживать разницу в тепловом расширении, а также требуется высокая точность процесса.
- Тенденции: наномодификация для улучшения теплопроводности, лазерно-индуцированное спекание для снижения энергопотребления, структура фотонных кристаллов для оптимизации передачи сигнала.
Керамические печатные платы — один из ключевых материалов в сфере высоких технологий. Процесс их производства объединяет материалы, точное производство и электронные технологии, и, несмотря на высокую стоимость, они незаменимы в мощных и высокочастотных сценариях.С ростом популярности полупроводников третьего поколения спрос на рынке будет продолжать расти.
