Keraaminen PCB: Täydellinen opas suunnitteluun ja valmistukseen

Mikä on keraaminen PCB?

Keraaminen piirilevy käyttää epäorgaanista keraamista substraattia perinteisen piirilevyn sijasta. FR-4 lasikuitu. Yleisiä substraattimateriaaleja ovat alumiinioksidi (Al₂O₃), alumiininitridi (AlN) ja berylliumoksidi (BeO). Nämä levyt johtavat lämpöä paljon paremmin kuin orgaaniset laminaatit. Lisäksi ne kestävät jopa 350 °C:n lämpötiloja tavallisen alumiinioksidin osalta ja vielä korkeampia lämpötiloja SiC:n osalta. Insinöörit valitsevat keraamiset piirilevyt, kun he tarvitsevat korkeaa lämmönjohtavuutta, vakaata sähköistä suorituskykyä korkeilla taajuuksilla tai lämpölaajenemiskerrointa (CTE), joka vastaa piisiruja. Toisin kuin metalliydinlevyissä, keraamisissa levyissä ei ole eristyskerrosta komponentin ja lämpöä levittävän materiaalin välissä. Komponentit istuvat suoraan keraamiselle alustalle, mikä vähentää lämpövastusta. Tämä suora reitti pitää liitoslämpötilat alhaisina ja pidentää tuotteen käyttöikää.

Keraamiset PCB-tyypit

Prosessiperheitä on kolme. Kukin sopii erilaisiin suorituskyky- ja kustannustavoitteisiin.

Korkean lämpötilan yhteispoltettu keraaminen (HTCC)

HTCC:ssä käytetään alumiinioksidialustaa, jossa on tulenkestäviä metallipastoja - volframia tai molybdeeniä. Piirikuvio tulostetaan vihreälle keraamiselle teipille, kerrokset pinotaan ja kaikki poltetaan 1600-1700 °C:ssa pelkistävässä kaasussa (vety). Korkea lämpötila sintraa keraamisen ja metallin yhteen monoliittiseksi levyksi. HTCC toimii hyvin pienille, suuren kerrosluvun substraateille. Äärimmäinen poltto aiheuttaa kuitenkin 15-20%:n kutistumista; kompensoimme tämän skaalautumisen CAM-suunnittelun aikana. Tulenkestävillä metalleilla on suurempi resistiivisyys kuin kuparilla, joten HTCC-jäljissä on enemmän häviöitä. Käytä HTCC:tä, kun tarvitset useita kerroksia (jopa 10) ja voit hyväksyä laajemmat viivanleveydet. Tehtaallamme voidaan pitää 100 µm:n viiva/väli kutistumiskorjauksen jälkeen.

Matalalämpötilakeraamiset (LTCC)

LTCC palaa noin 900 °C:ssa. Tämä alhaisempi lämpötila mahdollistaa jalometallipastojen - kulta, hopea tai kulta-palladium - käytön. Alusta on aluksi lasikeraaminen komposiittinauha. Tulostetaan johtimet, rei'itetään läpiviennit laserilla tai mekaanisella rei'ityksellä, täytetään ne massalla ja laminoidaan kerrokset. Yhteispoltto hapettavassa uunissa sitoo kaiken yhteen. LTCC antaa paremman mittasuhteiden hallinnan kuin HTCC (vain 0,1-0,2% kutistuma), joten saamme aikaan hienompia linjoja: Tyypillisesti 75 µm:n jälki/väli. Koska poltettu metalli on kultaa, juotteen kostuminen vaatii erityisiä pinnoitteita. Lisäämme usein ENIG (sähkötön nikkeli upotuskultaa) viimeisenä viimeistelynä. LTCC soveltuu erinomaisesti RF- ja sekasignaalisovelluksiin, koska sen dielektrisyysvakio on tasainen ja vähähäviöinen.

Paksu kalvo keraaminen PCB

Paksukalvotekniikka alkaa valmiiksi poltetusta keraamisesta alustasta (yleensä 96%-alumiinioksidi). Seulapainatamme johtavat, resistiiviset ja dielektriset massat kerros kerrokselta. Jokainen kerros poltetaan 850-1000 °C:ssa. Johtavat massat ovat kultaa tai hopea-palladiumia; dielektriset massat eristävät kerrosten välillä. Polttamisen jälkeen voimme laserilla trimmata vastukset ±1%:n toleranssiin. Paksukalvo on edullisin keraaminen prosessi prototyyppien ja kohtuullisten määrien valmistukseen. Monikerroksinen paksukalvokupari on nykyaikainen vaihtoehto: painamme kuparipastat ja poltamme typpi-ilmakehässä. Tämä ratkaisee kultatahnan kustannus- ja juotettavuusongelmat. Paksukalvolevyillä voidaan käyttää 10-15 µm:n valmista kuparin paksuutta, mikä riittää useimmille tehopiireille 10 A:n tehoon asti.

Keraaminen PCB-materiaalien vertailu

Oikean keraamisen materiaalin valinta vaikuttaa suoraan lämpötehokkuuteen ja kustannuksiin.

Materiaali	Lämmönjohtavuus (W/m-K)	CTE (ppm/°C)	Dielektrinen vakio	Maksimi käyttölämpötila (°C)	Tyypillinen käyttötapaus
Alumiinioksidi 96%	20-24	6.5-7.0	9.4	350	LED-moduulit, tehohybridit
Alumiinioksidi 99.6%	28-30	7.0	9.8	350	RF-alustat, sirukannattimet
Alumiininitridi (AlN)	170-230	4.5	8.8	400	Suuritehoiset GaN-vahvistimet, EV-vaihtosuuntaajat
Berylliumoksidi (BeO)	260	6.4	6.7	450	Sotilastutkat (myrkylliset-erikoiskäsittely)
Piikarbidi (SiC)	120-270	4.0	40	800+	Äärimmäisen korkean lämpötilan anturit

Alumiinioksidi 96% tarjoaa parhaan hinta-laatusuhteen. AlN maksaa noin 3 × enemmän, mutta alentaa liitoslämpötilaa yli 20 °C 50 W:n mallissa. Tämä ylimääräinen lämpövara voi kaksinkertaistaa järjestelmän keskimääräisen vikaväliajan. Tehtaallamme on varastossa sekä 96%- että 99,6%-alumiinioksidiaihioita 4″×4″- ja 6″×8″-paneeleina. AlN-aihioita on saatavana pyynnöstä hieman pidemmällä toimitusajalla.

Keraamisten piirilevyjen tärkeimmät edut

Poikkeuksellinen lämmönjohtavuus

FR-4 johtaa lämpöä noin 0,25 W/m-K. Jopa tavallinen alumiinioksidi (24 W/m-K) siirtää lämpöä 96 kertaa nopeammin. Alumiininitridin lämpöteho on 170-230 W/m-K. Tämä tarkoittaa, että 1 unssin kuparitaso keraamisella pinnalla toimii tehokkaana lämmönlevittäjänä. Esimerkiksi 2 mm leveä ja 0,3 mm paksu kuparijohto, jonka teho on 100 A, nousee vain 5 °C ympäristön lämpötilan yläpuolelle alumiinioksidilevyssä. Sama jälki FR-4-levyllä ylikuumenisi ja delaminoituisi. Komponenttien suora kiinnitys keraamiselle levylle poistaa lämpörajapintamateriaalikerrokset, mikä vähentää liitoskohdan ja ympäristön välistä kokonaisvastusta.

Korkean lämpötilan kestävyys

HTCC- ja paksukalvoalumiinilevyt toimivat jatkuvasti 350 °C:n lämpötilassa. SiC-levyt toimivat yli 800 °C:n lämpötilassa. Perinteisen FR-4:n lasisiirtymälämpötila (Tg) on 130-170 °C; se pehmenee ja pettää selvästi alle 200 °C:n lämpötilassa. Tämän korkean lämpötilan sietokyvyn ansiosta keraamiset piirilevyt ovat välttämättömiä porausreikien poraustyökaluissa, ohjusten ohjauksessa ja autojen konepellin alla olevissa antureissa.

Alhaisen CTE:n vastaavat pii- ja keraamiset pakkaukset

Piisirut laajenevat noin 2,6 ppm/°C. Lyijyttömien keraamisten sirunkantajien (LCCC) CTE on 6-7 ppm/°C. FR-4 laajenee 14-17 ppm/°C. Tämä epäsuhta aiheuttaa juotosliitoksen väsymistä lämpösyklien aikana. Keraaminen piirilevy, jonka CTE on 6,5 ppm/°C, vastaa lähes täydellisesti pakkausta. Luotettavuustestissämme keraami-LCCC-juotosliitokset kestävät 2000 lämpöshokkisykliä (-55 °C:sta +125 °C:seen) ilman halkeamien kasvua, kun taas samat liitokset FR-4:ssä pettävät 500 syklin jälkeen.

Erinomainen sähköeristys ja korkeataajuussuorituskyky

Dielektrinen lujuus ylittää 20 kV/mm alumiinioksidilla. Dielektrisyysvakio pysyy vakaana eri lämpötiloissa ja taajuuksilla, ja häviötangentti on alhainen. Tämä mahdollistaa korkea-impedanssiset ohjausjäljet RF:lle aina 20 GHz:iin asti. Sekasignaalien LTCC-levyissä loiskapasitanssi voi laskea lähes 90% verrattuna FR-4-malleihin. Tämä vähentää ristikkäisviestintää ja parantaa analogi-digitaalimuunnoksen tarkkuutta.

Mekaaninen lujuus ja pitkäaikainen vakaus

Vaikka keraamiset alustat ovat hauraita, niillä on suuri puristuslujuus (alumiinioksidi ~2 000 MPa). Ne kestävät polttoaineiden, happojen ja puhdistusliuottimien aiheuttamaa kemiallista eroosiota. Kosteuden imeytyminen on lähellä nollaa, joten sähköiset ominaisuudet eivät muutu. Levyt täyttävät IPC-TM-650 kosteudenkestävyystestit ilman minkäänlaista hajoamista.

Korkean tiheyden integrointi ja pienentäminen

Käytämme laserporattuja mikrovioletteja, joiden halkaisija on 0,06 mm. Yhdessä hienojakoisten LTCC-prosessien (75 µm viivaa/tilaa) kanssa voit pakata enemmän komponentteja pienemmälle alueelle. Monikerroksinen rinnakkaispoltto mahdollistaa passiivisten komponenttien - vastusten ja kondensaattoreiden - upottamisen substraatin sisään sintrauksen aikana. Tämä vapauttaa pinta-alaa aktiivisille siruille ja liittimille. Yksi LTCC-levy voi korvata kokonaisen usean levyn FR-4-kokoonpanon, mikä vähentää painoa ja tilavuutta.

Miksi käyttää keraamista PCB: tä muiden levyjen yli?

Lämmönjohtavuus: Todelliset luvut

FR-4: 0,25 W/m-K. MCPCB (alumiininen tausta): 1-2 W/m-K, mutta käyttää edelleen dielektristä eristyskerrosta, mikä aiheuttaa pullonkaulan. Alumiinikeraaminen: 24 W/m-K, ilman eristyskerrosta. Lämpö virtaa siis välittömästi komponenttityynystä keraamiseen runkoon. MCPCB-levyssä oleva 10 W:n LED saattaa saavuttaa 120 °C:n liitoslämpötilan; sama LED alumiinioksidilla pysyy alle 100 °C:ssa. Tämä viileämpi toiminta kaksinkertaistaa valovoiman käyttöiän.

Hintavertailu ja kokonaiskustannukset

Keraamiset levyt maksavat enemmän pinta-alayksikköä kohti. Kaksikerroksinen 96%-alumiinalevy (100 × 80 mm) maksaa noin $0,8-1,2/cm² tilavuudeltaan (yli 100 kappaletta). Vastaava nelikerroksinen FR-4-levy maksaa $0,10/cm². Järjestelmäkustannukset kertovat kuitenkin eri tarinan. Keraamiset levyt poistavat lämpötyynyjen, lämmönlevittimien ja suurten jäähdytyslevyjen tarpeen. 50 W:n virtalähteessä jäähdytyslaitteiston ja kokoonpanotyön säästöt ovat usein yli $10 yksikköä kohti. Keraaminen versio vähentää myös kenttäpalautuksia. Tuotteen elinkaaren aikana keraaminen versio tarjoaa alhaisemmat kokonaiskustannukset.

Teknologiakäytännöt: Kun keramiikka voittaa

Käytä keraamista, kun:

• Liitoslämpötilan on pysyttävä alle 150 °C:n korkeassa ympäristössä.
• Suunnittelussa on monia CTE-herkkiä komponentteja (paljaat kuoret, keraamiset pakatut IC:t).
• Tarvitset RF-suorituskykyä yli 5 GHz:n taajuudella.
• Tuote altistuu voimakkaalle tärinälle tai syövyttäville ympäristöille.
• Miniatyrisointi vaatii sokeita/hautuneita läpivientejä ja upotettuja passiivisia komponentteja.

Jos rajoitteesi ovat vain kohtalainen lämpö ja kustannukset ovat ensisijaisia, MCPCB tai paksukuparinen FR-4 voi riittää. Mutta kun saavutat lämpömuurin, keraaminen ratkaisee ongelman.

Kuinka valmistaa keraaminen PCB?

Käytämme tehtaallamme neljää päätuotantovirtaa. Käyn jokaisen läpi yksinkertaisesti.

HTCC-prosessi

1. Nauhavalu: Sekoitamme alumiinioksidijauhetta orgaanisen sideaineen kanssa ja valamme ohuiksi vihreiksi levyiksi.
2. Tyhjennys ja rei'itys: Leikkaamme levyt paneelikokoon ja lävistämme tai laserporaamme läpiviennit.
3. Täytön ja tulostuksen kautta: Täytä läpiviennit volframitahnalla. Seulapainatetaan johtimen jäljet kuhunkin kerrokseen.
4. Laminointi: Pinoa kerrokset puristimessa lämmön ja paineen alaisena.
5. Yhteispalaminen: Lämmitä laminaattipino 1600-1700 °C:een 32-48 tunnin ajan vety-typpi-kontrolloidussa ilmakehässä. Sideaine palaa pois, ja keraaminen sintraantuu metallin kanssa.
6. Jälkikäsittely: Laser trimmaa kaikki upotetut vastukset. Lisää tarvittaessa pintakäsittelyjä (ENIG, upotushopea).

LTCC-prosessi

Samat vaiheet, mutta lasikeraamisella teipillä, kultatahnalla ja polttamalla 900 °C:ssa ilmassa. Vetyä ei tarvita. Läpivientien koot ovat jopa 0,1 mm. Voimme upottaa induktorit ja kondensaattorit pinon sisään.

Paksu kalvo prosessi

1. Aloita esipoltetusta alumiinioksidialustasta.
2. Seulapainetaan johtava kerros (kulta tai hopea-palladium), kuivataan ja poltetaan 850-1000 °C:ssa.
3. Tulosta eristävä dielektrinen kerros ja ammu sitten.
4. Toista tämä jokaisen kerroksen kohdalla. Paksukalvokuparia varten tulostetaan ja poltetaan typessä.
5. Levitä lopullinen päällysmaalaus tai juotosmaski (tarvittaessa).
6. Laser trimmaa vastukset arvoonsa.

Tyypilliset paksukalvomäärittelyt: viiva/väli 125 µm, läpivientien halkaisija 0,3 mm, enintään 4 johdinkerrosta, valmiin kuparin paksuus 10-15 µm kerrosta kohti.

Suoraan pinnoitettu kupari (DPC) ja suoraan sidottu kupari (DCB).

Nämä ovat yksinkertaisempia menetelmiä yksi- tai kaksipuolisille levyille. DCB liimaa paksun kuparifolion (0,1-0,3 mm) suoraan alumiinioksidin tai AlN:n päälle korkeassa lämpötilassa typessä. Käytämme DPC:tä LED-koteloihin ja DCB:tä suurivirtaisiin IGBT-moduuleihin. Molemmat tuottavat erinomaisen lämpötehokkuuden jopa 300 µm:n kuparipaksuudella.

Tehtaallamme on vakiopaneelikoot: 4″×4″, 5″×5″, 6″×8″ ja 8″×10″. Kerrosluvut vaihtelevat 1-6 paksun kalvon osalta ja jopa 10 HTCC/LTCC:n osalta. LTCC:llä saavutetaan 75 µm viivaa/tilaa ja HTCC:llä 100 µm. Pintakäsittelyt ovat ENIG, ENEPIG, upotushopea ja puhdas kulta, joka on langalla kiinnitettävissä pehmeään kultaan.

Keraamiset PCB-suunnitteluohjeet ja DFM-tarkistuslista

Keraamisen materiaalin suunnittelu vaatii erityistä huolellisuutta halkeamien ja saantohäviöiden välttämiseksi. Annan sinulle tärkeimmät säännöt tehtaamme 15 vuoden kokemuksesta.

Via-to-Edge-tyhjennys

Yleisin havaitsemamme vika on haljennut läpivienti lähellä levyn reunaa. Keraaminen on haurasta. Kun poistamme levyjä timanttisahalla tai laserilla, mikrosäröt voivat levitä sisäänpäin. Pidä kaikki läpivientien keskipisteet vähintään 2,0 mm:n etäisyydellä levyn lopullisesta reunasta. Jos rakenne pakottaa läpivientiin lähempänä, käytä vahvistukseksi pisarapehmusteita. Pisaran pituus, joka on 0,5 × läpimitta, lisää merkittävästi halkeamankestävyyttä.

Via Padin ja reikien suunnittelu

Käytä kyynelpisaroita jokaiseen via- ja SMD-levyyn. Tämä jakaa mekaanista rasitusta. Luokan 3 luotettavuuden varmistamiseksi rengasrenkaan on oltava vähintään 0,15 mm. Vältä läpivientien sijoittamista BGA:n kulmien alle, joissa rasitus keskittyy lämpösyklien aikana.

Juotosprofiili

Keraamisella on suuri lämpömassa ja lämmönjohtavuus. Esilämmityksestä tulee kriittinen. Kokoonpanoliikkeemme käyttää 2,5 °C:n ramppinopeutta sekunnissa, 150-170 °C:n lämpötilaa 90 sekunnin ajan ja 245 °C:n reflow-huippulämpötilaa SAC305-juotteelle. Levyn on pysyttävä 217 °C:n yläpuolella vain 45-60 sekuntia, jotta vältytään herkkien komponenttien ylikuumenemiselta. Käytä THT:tä varten kontrolloitua juotosrautaa ja esilämmitä levy paikallisesti. Älä koskaan käytä suoraa liekkiä.

Komponenttien sijoittelu ja käsittely

Sijoita raskaat komponentit (muuntajat, suuritehoiset vastukset) pois reunoilta ja kulmista. Käytä suurissa BGA-koteloissa alatäyttöä, jotta keraamisen levyn ja sirun orgaanisen substraatin väliset CTE-erot saadaan hallintaan. Käytä manuaalisessa käsittelyssä ESD-turvallisia pinsettejä, joissa on pehmeät kärjet. Keraamiset reunat ovat teräviä; käytä käsineitä. Operaattorimme käyttävät suurten paneelien siirtämiseen tyhjiöjännittimiä.

Impedanssin säätö ja RF-jäljet

Keraaminen dielektrisyysvakio (9,4-9,8) eroaa FR-4:stä (4,5). Laske jäljen mitat aina uudelleen käyttämällä asianmukaista kenttäratkaisinta, ei yleistä FR-4-laskuria. Kun kyseessä on 50Ω-mikroliuska 0,635 mm paksulla 96%-alumiinilla, jäljen leveys on noin 0,6 mm. Tarjoamme pinoamistietoja ja kontrolloidun impedanssin testausta differentiaalipareille 20 GHz:iin asti.

PTH ja Via Fill

Täytämme läpiviennit johtavalla tahnalla rinnakkaispolton aikana. Paksukalvossa läpiviennit täytetään dielektrisellä aineella tai jätetään avoimiksi. Määrittele läpivienti-tyynyn muotoilu, jos tarvitset täytettyjä ja pinnoitettuja läpivientejä. Voimme tasoittaa pinnan hiontaprosessilla hienojakoista BGA:ta varten.

Keraamisten piirilevyjen sovellukset

Muistimoduulit ja nopea digitaalinen

Nopeat DDR-muistimoduulit hyötyvät keraamisen materiaalin alhaisesta dielektrisestä häviöstä ja lämpöstabiilisuudesta. Asiakkaamme käyttävät LTCC-levyjä 64-bittisten väylien reitittämiseen minimoidulla vinoudella. Tasainen dielektrinen vakio vähentää symbolien välisiä häiriöitä.

Vastaanotto-/lähetysmoduulit (RF)

Satelliittiviestinnän lähetin-vastaanottimet vaativat vähähäviöisiä substraatteja. Alumiinioksidi- ja AlN-levyt, joissa on 0,06 mm:n laserläpiviennit, mahdollistavat kompaktit vaiheistetut antenniruudut. Satelliittitehovahvistimen 50 W:n huippulämpötila pysyi AlN-levyllä alle 150 °C:ssa. Rakenne toimi luotettavasti tyhjiössä ilman konvektiojäähdytystä.

Monikerroksiset liitäntäkortit

HTCC/LTCC:n avulla integroimme jopa 30 upotettua passiivista komponenttia 6-kerroksisen levyn sisään. Tämä kutistaa 4 levyn FR-4-pinon yhdeksi keraamiseksi moduuliksi. Eräs ilmailu- ja avaruusteollisuuden asiakas vähensi painoa 70% ja lisäsi liitäntätiheyttä 5×.

Analogiset/digitaaliset sekasignaaliset piirilevyt

Loiskapasitanssi haittaa ADC:n suorituskykyä. LTCC:n avulla vähensimme analogisten ja digitaalisten osien välistä loiskapasitanssia noin 90% verrattuna samaan FR-4-piiriin. Piirilevyn kohinataso laski 12 dB.

Ilmailu ja ilmailutekniikka

Ohjusten ohjausjärjestelmät toimivat 300 °C:n lämpötilassa. HTCC-levyt kestävät tuhansia iskuja ja tärinää. Ei tarvita conformal-pinnoitetta, koska keraaminen materiaali on inerttiä.

Autoteollisuuden ja sähköautojen tehoelektroniikka

Sähköajoneuvojen latausasemalla käytetään AlN DCB -levyä, joka käsittelee jatkuvasti 200 A:n virtaa. Lämpötilan nousu pysyy alle 20 °C:ssa. Piirilevy läpäisee IATF 16949 -standardin.

Tehokas LED-valaistus

Paksukalvoalumiinilevyllä olevan 10 W:n LEDin liitoslämpötila on 105 °C, mikä on selvästi alle 120 °C:n rajan. Sama LED MCPCB:ssä saavuttaa 130 °C:n lämpötilan. Tämä suora sidos parantaa valotehoa ja käyttöikää.

Keraamiset PCB-hankinnat: Kustannukset, toimitusaika ja MOQ

Realistiset luvut auttavat suunnittelemaan projektin budjetin ja aikataulun.

Keraaminen PCB-kustannusten jakautuminen

• 2-kerroksinen 96%-alumiinioksidi, paksukalvohopeajohdin, 100×80 mm, ENIG-viimeistely: $8-12-12/kpl 100 kpl.
• 2-kerroksinen 96%-alumiinioksidi, paksukalvokupari: $10-15/kpl.
• 4-kerroksinen LTCC-kultajohdin, sama koko: $25-40/kpl (useampien prosessivaiheiden vuoksi).
• 1-kerroksinen AlN DPC-levy LEDille: $1-2 per cm². Näihin hintoihin ei sisälly työkalumaksuja. Työkalut (näyttöpainotyökalut, fotomaskit) maksavat tyypillisesti $500-1 000, jotka kuoletetaan volyymin mukaan.

Vähimmäistilausmäärä (MOQ)

Paksukalvoprosessin vakiotilauksissa hyväksymme tilauksia jo 10 kappaletta. LTCC- ja HTCC-valmistuksessa MOQ on 50 kappaletta kiinteän rinnakkaispolttoerän koon vuoksi. Prototyyppierät ovat saatavilla lyhyemmillä toimitusajoilla.

Läpimenoajat

• Paksu kalvo 2-kerroksinen prototyyppi: 10-12 työpäivää (mukaan lukien laserleikkaus).
• LTCC 4-kerroksinen prototyyppi: 18-20 työpäivää
• Tuotantotilaukset: volyymista riippuen 15-25 päivää
• Pikapalvelu: 5-7 päivää mahdollista paksulle kalvolle käyttäen valmiiksi varastoituja aihiokokoja.

Tarjoamme nopean tarjouksen 24 tunnin kuluessa siitä, kun olet saanut Gerber-tiedostosi ja pinoamisesi.

Keraamisten piirilevyjen laatu- ja luotettavuusstandardit

Älä oleta, että kaikki keraamiset levyt ovat “erittäin luotettavia”. Sertifioinnilla on merkitystä.

IPC-6012 Luokan 3 sertifiointi

Rakennamme keraamisia piirilevyjä IPC-6012-luokan 3 mukaisesti kriittisiin sovelluksiin. Luokka 3 edellyttää 100%-tarkastusta läpivientien poikkileikkauksille lämpöshokin jälkeen. Tehtaamme suorittaa 6 × lämpöshokkitestit -65 °C:sta +150 °C:seen ja sen jälkeen mikroleikkausläpivientejä. Emme salli halkeamia tai sisäkerroksen irtoamista. Ulkoisten tyynyjen rengasmaisen renkaan on oltava vähintään 0,050 mm.

Suoritamme muita testejä

• Juotos kelluu 288 °C:ssa 10 sekunnin ajan: ei delaminaatiota, ei rakkuloita.
• Sidoksen vetolujuus > 5 gf lankaliimatuille tyynyille.
• Ioninen saastuminen <1,5 µg/cm² NaCl-ekvivalenttia.
• Dielektrinen kestävyysjännite 500 V DC paksun kalvon osalta, 1 500 V rinnakkaispolton osalta.

Tehtaallamme on ISO 9001- ja IATF 16949 -sertifikaatit. Noudatamme RoHS- ja REACH-direktiivejä. Käytämme röntgentarkastusta jokaisessa monikerroksisessa LTCC-levyssä, jotta voimme varmistaa kohdistuksen.

Haasteet ja näkökohdat

Keraaminen ei ole pudotettava korvaava tuote. Se vaatii harkittua suunnittelua.

• Hauraus: Keraaminen materiaali voi murtua mekaanisten iskujen vaikutuksesta. Vältä vapaasti seisovaa asennusta. Käytä kiinnikkeitä tai liimaa koko levy metallikantajaan.
• Rajoitettu hallituksen koko: Suurin yksittäinen paneeli on noin 200 × 200 mm, koska se vääntyy rinnakkaispolton aikana. Suuremmissa kokoonpanoissa on käytettävä modulaarisia malleja.
• Räätälöityjen materiaalien toimitusaika: Berylliumoksidi- ja AlN-aihioilla on joskus 4-6 viikon toimitusaika substraatin valmistajalta. Suunnittele ajoissa.
• Juotosprosessi: Ilman esilämmitystä lämpöshokki voi halkaista levyn. Esilämmitä aina enintään 100 °C:n lämpötilaan juotteen sulamispisteestä.
• Kustannukset: Kuluttajille suunnatuissa tuotteissa keraamiset tuotteet voidaan määritellä liian tarkasti. Käytä sitä vain silloin, kun lämpö- tai RF-suorituskyvyn etu maksaa itsensä takaisin.

Usein kysytyt kysymykset

Voitko juottaa keraamiseen piirilevyyn?

Kyllä. Juote tarttuu hyvin pintakäsittelyihin, kuten ENIG, hopea-palladium tai paksukalvokupari. Käytä kolofonipohjaista juotosainetta ja hallittua esilämmitystä lämpöshokkien välttämiseksi. Kultapintaista LTCC:tä varten levytämme ENIG:n tyynyihin varmistaaksemme, että juote kostuu kunnolla.

Mikä on keraamisen piirilevyn dielektrisyysvakio?

Alumiinioksidin 96% dielektrisyysvakio on 9,4-9,8, AlN noin 8,8 ja BeO 6,7. RF-suunnittelussa tämä korkeampi arvo mahdollistaa kapeammat jäljet tietyllä impedanssilla verrattuna FR-4:ään.

Mikä on keraamisen piirilevyn enimmäislämpötila?

Alumiini- ja alumiini-nitraattilevyt voivat toimia jatkuvasti 350 °C:n lämpötilassa. SiC-levyjen lämpötila on yli 800 °C. Lämpötilarajoitus johtuu yleensä metallitahnasta (kulta ei sula, mutta hopea voi siirtyä korkeissa lämpötiloissa tasajännitevirtauksessa) ja mahdollisista kootuista komponenteista.

Miten leikkaat keraamisen piirilevyn?

Käytämme laserkeilausta tai timanttisahaa. Manuaalisesti voit raaputtaa ja napsia suoria linjoja, mutta voit odottaa karheita reunoja. Tilaa prototyyppejä varten levyt, joiden lopulliset ääriviivat on tehty tehtaalla.

Kuinka paksu on keraaminen piirilevy?

Vakiomittaiset alustan paksuudet ovat 0,25 mm, 0,38 mm, 0,5 mm, 0,635 mm ja 1,0 mm. Paksummat substraatit jopa 2,0 mm:iin asti ovat mahdollisia korkeajänniteeristystä varten.

Mikä on keraamisen piirilevyn hinta verrattuna FR-4:ään?

Keraaminen levy maksaa 5-30 kertaa enemmän pinta-alayksikköä kohti kuin FR-4, mutta järjestelmätason kustannukset voivat olla alhaisemmat, kun lämmönhallintalaitteisto poistetaan ja luotettavuutta lisätään.

Voiko keraamisissa piirilevyissä olla enemmän kuin 2 kerrosta?

Kyllä. HTCC ja LTCC tukevat helposti 4-10 kerrosta. Upotamme passiiviset komponentit sisäisesti, mikä lisää toiminnallista tiheyttä.

Keskeiset asiat

• Keraamiset piirilevysubstraatit (alumiinioksidi, AlN jne.) johtavat lämpöä 100 kertaa nopeammin kuin FR-4.
• Alhainen CTE vastaa pii- ja keraamisia pakkauksia, mikä estää juotosväsymyksen.
• Valitse oikea valmistusprosessi: paksukalvo kustannusten vuoksi, LTCC tarkkuus/RF, HTCC äärimmäiseen korkean lämpötilan monikerroksiseen valmistukseen.
• Sovella DFM-sääntöjä: pidä läpiviennit 2 mm:n etäisyydellä reunoista, käytä pisaroita, esilämmitä juotos.
• Ota huomioon kokonaiskustannukset, ei vain levyn hintaa; keramiikka säästää rahaa jäähdytyksessä ja kenttähäiriöissä.
• Työskentele tehtaan kanssa, joka tarjoaa IPC-6012-luokan 3 sertifioinnin ja realistiset toimitusajat.

Tiimillämme on yli 15 vuoden kokemus keraamisten piirilevyjen valmistuksesta. Tuemme sinua materiaalin valinnasta ensimmäisen artikkelin tarkastukseen. Lähetä suunnittelutiedostosi tai vaatimuksesi insinööreillemme ilmaista suunnittelutarkastusta ja kustannusarviota varten. Toimitamme luotettavia keraamisia piirilevyjä, jotka toimivat vaativimmissakin ympäristöissä.