Leiterplatte mit Keramiksubstrat
Während sich die elektronische Verpackungstechnologie schrittweise in Richtung Miniaturisierung, hohe Dichte, Multifunktionalität und hohe Zuverlässigkeit weiterentwickelt, nimmt die Leistungsdichte des elektronischen Systems zu und das Problem der Wärmeableitung wird immer ernster. Bei elektronischen Geräten verringert sich der Wert des Geräts in der Regel um 30 bis 50 % pro 10 °C Erhöhung um 10 °C. Daher ist die Verwendung geeigneter Verpackungsmaterialien und -prozesse sowie die Verbesserung der Wärmeableitungsfähigkeit des Geräts zu einem technischen Engpass bei der Entwicklung elektronischer Geräte geworden Geräte.
Dabei ist die Auswahl der Substratmaterialien ein wichtiger Faktor, der sich direkt auf die Kosten, Leistung und Zuverlässigkeit des Geräts auswirkt. Die am häufigsten verwendeten Substratmaterialien umfassen hauptsächlich vier Kategorien: Kunststoffsubstrate, Metallsubstrate, Keramiksubstrate und Verbundsubstrate. Obwohl Keramiksubstrate aufgrund ihrer guten Wärmeleitfähigkeit, Wärmebeständigkeit, Isolierung, niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und Kosten derzeit nicht dominieren, wird die Anwendung elektronischer Verpackungen, insbesondere leistungselektronischer Geräte, immer umfangreicher.
Was ist eine Leiterplatte mit Keramiksubstrat?
Unter Keramiksubstrat versteht man eine spezielle Bastelplatte, die direkt auf einer Kupferfolie direkt auf einem Keramiksubstrat aus Aluminiumoxid (Al2O3) oder Aluminiumnitrid (Aln) oder anderen Keramiksubstraten bei hoher Temperatur gehalten wird. Die hergestellten ultradünnen Verbundsubstrate verfügen über eine hervorragende elektrische Isolationsleistung, hohe Wärmeleitfähigkeit, hervorragende Weichschweißbarkeit und hohe Befestigungsfestigkeit und können aus verschiedenen Grafiken wie Leiterplatten herausgeschnitten werden. Fähigkeit. Daher sind keramische Leiterplatten zum Grundmaterial für die Strukturtechnologie und Verbindungstechnologie von Hochleistungselektronikschaltungen geworden.
Aluminiumoxid-Keramiksubstrat
Siliziumnitrid-Keramiksubstrat
Keramik-Kupfer-beschichtetes Substrat
DPC-Keramiksubstrat
Vorteile von Keramik-PCB
Im Gegensatz zu herkömmlichem FR-4 verfügen Keramikmaterialien über eine gute Hochfrequenzleistung und elektrische Leistung, eine hohe Wärmeleitfähigkeit, chemische Stabilität, ausgezeichnete thermische Stabilität und andere Eigenschaften, die organische Substrate nicht haben. Es handelt sich um ein neues ideales Verpackungsmaterial für die Herstellung hochintegrierter Schaltkreise und leistungselektronischer Module.
Hauptvorteile:
→Höhere Wärmeleitfähigkeit.
→Mehr passender Wärmeausdehnungskoeffizient.
→Stärkere Metallfilm-Aluminiumoxid-Keramik-Leiterplatte mit geringerem Widerstand.
→Die Lötbarkeit des Substrats ist gut und die Einsatztemperatur ist hoch.
→Gute Isolierung.
→Geringer Hochfrequenzverlust.
→Hohe Montagedichte möglich.
→Es enthält keine organischen Inhaltsstoffe, ist beständig gegen kosmische Strahlung, weist eine hohe Zuverlässigkeit in der Luft- und Raumfahrt auf und hat eine lange Lebensdauer.
→Die Kupferschicht enthält keine Oxidschicht und kann lange Zeit in einer reduzierenden Atmosphäre verwendet werden.
Das Hauptmaterial des Keramiksubstrats
Aluminiumoxid (Al2O3)
Aluminiumoxid ist das am häufigsten verwendete Substratmaterial für Keramiksubstrate, da es im Vergleich zu den meisten anderen Oxidkeramiken eine hohe Festigkeit und chemische Stabilität im Hinblick auf mechanische, thermische und elektrische Eigenschaften aufweist. Technologie. Herstellung und verschiedene Formen. Der Anteil an Aluminiumoxid (Al2O3) kann unterteilt werden in: 75 Porzellan, 96 Porzellan und 99,5 Porzellan. Der Gehalt an Aluminiumoxid ist unterschiedlich und seine elektrischen Eigenschaften werden kaum beeinflusst, seine mechanischen Eigenschaften und seine Wärmeführung sind jedoch sehr unterschiedlich. Es gibt viele Glassubstrate mit geringer Reinheit und einer großen Oberflächenrauheit. Je höher die Reinheit des Substrats, desto glatter, dichter und desto geringer ist der dielektrische Verlust, aber desto höher ist auch der Preis.
Oxidation (beo)
Es hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit als metallisches Aluminium, was Anwendungen mit hoher Wärmeführung erfordert. Nachdem die Temperatur 300 °C überschritten hat, sinkt die Temperatur schnell, aber ihre Toxizität begrenzt ihre eigene Entwicklung.
Aluminiumnitrid (Aln)
Aluminiumnitridkeramiken sind Keramiken mit Aluminiumnitridpulver als Hauptkristallphase. Im Vergleich zu Aluminiumoxid-Keramiksubstraten weist es einen höheren Isolationswiderstand, einen höheren Isolationswiderstand und eine niedrigere Dielektrizitätskonstante auf. Seine Wärmeleitfähigkeit beträgt das 7- bis 10-fache der von AL2O3 und sein Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) ähnelt dem des Siliziumwafers, der für Hochleistungshalbleiterchips unerlässlich ist. Im Produktionsprozess wird die Wärmeführungsrate von ALN stark durch den Gehalt an Restsauerstoffverunreinigungen beeinflusst, und eine Reduzierung des Sauerstoffgehalts kann die Wärmeführung deutlich verbessern. Derzeit ist ein Heizkoeffizient des Prozesses mit einem Produktionsniveau von mehr als 170 W/(m · k) kein Problem mehr.
Keramische Leiterplatten
Keramische Leiterplatten-Heizplatte
Keramikplatine
Keramische Heizplatte
LED-Keramikplatine
Keramikplatine
Vier Prozesse für keramisches Leiterplattenmaterial
Herkömmliche Methoden zur Herstellung von Keramiksubstraten können in vier Typen unterteilt werden: HTCC, LTCC, DBC und DPC.
Die HTCC-Herstellungsmethode (High Temperature Co-Fired) erfordert eine Temperatur über 1300 °C, aber aufgrund der Wahl der Elektrode sind die Herstellungskosten recht hoch.
Das LTCC (Low Temperature Co-Firing) erfordert einen Kalzinierungsprozess bei etwa 850 °C, die Schaltungsgenauigkeit ist jedoch schlecht und die Wärmeleitfähigkeit ist gering.
Beim DBC muss eine Legierung zwischen der Kupferfolie und der Keramik gebildet werden, und die Kalzinierungstemperatur muss im Temperaturbereich von 1065–1085 °C streng kontrolliert werden. Da die DBC eine Dicke der Kupferfolie erfordert, darf diese im Allgemeinen nicht weniger als 150–300 Mikrometer betragen. Daher ist das Verhältnis von Drahtbreite zu Drahttiefe bei solchen Keramikleiterplatten begrenzt.
Zu den Vorbereitungsmethoden von DPC gehören Vakuumbeschichtung, Nassbeschichtung, Belichtung und Entwicklung, Ätzen und andere Prozessverbindungen, sodass der Preis seiner Produkte relativ hoch ist. Darüber hinaus müssen DPC 1800 Keramikfaserplatten im Hinblick auf die Formbearbeitung lasergeschnitten werden. Herkömmliche Bohr- und Fräsmaschinen sowie Stanzmaschinen können sie nicht präzise verarbeiten, daher sind die Klebekraft und die Linienbreite präziser.
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