¿Cuál es el proceso de fabricación de PCB de cerámica??

Proceso de fabricación de PCB de cerámica

Las placas de circuito impreso de cerámica son componentes electrónicos de alto rendimiento caracterizados por su resistencia a altas temperaturas., frecuencia alta, alto voltaje, y alta confiabilidad. Son ampliamente utilizados en el sector aeroespacial., militar, telecomunicaciones, y otros campos. A continuación se describe el proceso de fabricación típico de PCB cerámicos..

1. Preparación de Materia Prima

El rendimiento de los PCB cerámicos depende en gran medida de la pureza., distribución del tamaño de partículas, y estabilidad química del sustrato de polvo cerámico.. Por lo tanto, El primer paso es la cuidadosa selección y tratamiento de los materiales base..

Composición de materias primas:

• Polvos cerámicos: como el óxido de aluminio (Al₂O₃), nitruro de aluminio (AlN), óxido de circonio (ZrO₂), óxido de magnesio (MgO), con pureza superior 99%;

• Aglutinantes orgánicos: como PVA (alcohol polivinílico), polietilenglicol, utilizado para encuadernación temporal;

• Solventes y aditivos: Se utiliza para ajustar la fluidez y la formación de películas., incluyendo etanol, acetona, butanona, dispersantes, etc..

Flujo de proceso:
Selección de materia prima cerámica → molienda y mezcla de bolas → desaireación al vacío → secado y granulación → almacenamiento para su uso

Controlar el enfoque:

• Tamaño de partícula controlado entre 0.5 a 3 µm;

• Distribución uniforme para evitar defectos de sinterización como porosidad o grietas.;

• Control estricto de la humedad y las impurezas para evitar burbujas de gas durante la sinterización..

2. Impresión en lechada de cerámica o moldeado por laminación

El polvo cerámico mixto., aglutinante orgánico, y la suspensión de solvente se imprime sobre sustratos cerámicos para formar los patrones de circuito requeridos y las ubicaciones de montaje de los componentes.. El método de formación varía según los diferentes tipos de PCB cerámicos.:

• A. Impresión de película gruesa/película delgada (para placas cerámicas monocapa):
  La suspensión cerámica o conductora se imprime sobre el sustrato mediante serigrafía o impresión por inyección de tinta.;
  Patrones funcionales como circuitos., almohadillas, capas capacitivas, y se forman patrones inductivos.

• B. Laminación de cinta verde (Para LTCC/HTCC):
  Los polvos cerámicos se mezclan en «cintas verdes» y laminado mediante prensado en caliente para formar estructuras multicapa;
  Los circuitos conductores están impresos en cada capa., con vías creadas para establecer conexiones eléctricas.

Equipo básico:

• Impresoras de pantalla automáticas

• Máquinas de alineación y laminación de precisión

• Prensas de vacío / prensas isostáticas (este último para formas complejas)

3. Secado y Precurado

Los sustratos impresos o laminados se colocan en un horno con temperatura controlada para secar a baja temperatura entre 80 y 120 °C durante 1-2 horas.
Este paso evapora los solventes en la suspensión., mejorar la estabilidad del patrón inicial y prevenir defectos como burbujas o delaminación durante la sinterización posterior.

Puntos clave:

• Secado uniforme con aumento de temperatura controlado para evitar la acumulación de tensión interna.;

• Realizado en una sala limpia o en un ambiente controlado para evitar la contaminación por polvo..

4. Sinterización a alta temperatura (Densificación)

Este es el paso crítico para la formación de PCB cerámicos.

Proceso de sinterización:

• Las placas cerámicas secas se colocan en un horno de alta temperatura siguiendo una curva de sinterización programada.;

• Las temperaturas suelen oscilar entre 1300 a 1650°C;

• La duración de la sinterización es 2-4 horas (incluyendo calefacción, remojo, y fases de enfriamiento);

• La atmósfera del horno puede ser aire., nitrógeno, hidrógeno, o vacío según el tipo de cerámica y el método de metalización..

Resultados de la sinterización:

• Los granos de polvo cerámico se reorganizan, formando un continuo, estructura policristalina densa;

• Los tableros finales logran la resistencia mecánica objetivo, estabilidad dimensional, conductividad térmica, y aislamiento electrico.

5. Metalización de superficies (Formación de circuitos conductores)

Después de la sinterización, Los sustratos cerámicos son aislantes y requieren metalización para depositar capas conductoras que forman los patrones del circuito..

Técnicas comunes de metalización:

6. Soldadura y montaje de componentes

Después de la metalización y el modelado., Los componentes electrónicos están soldados a los circuitos..

Técnicas comunes:

• Soldadura de reflujo (montaje smd)

• Soldadura láser, soldadura ultrasónica (para cables o pines de alimentación)

• Sinterización de pasta de plata (especialmente adecuado para montaje de chips IGBT)

Características del proceso:

• Los PCB cerámicos resisten altas temperaturas (>800°C), compatible con varios métodos de soldadura de alta temperatura;

• La fuerte unión de cobre y cerámica proporciona una excelente resistencia al choque térmico y una alta capacidad de corriente..

7. Pruebas

Los PCB terminados se someten a rigurosas inspecciones, incluido:

• Prueba eléctrica: Verifique las conexiones correctas del circuito, sin cortocircuitos ni circuitos abiertos, garantizar un funcionamiento fiable con los dispositivos conectados.

• Pruebas térmicas: Evaluar el rendimiento de conducción de calor y convección., crucial para los PCB expuestos a altas temperaturas.

• Pruebas mecánicas: Aplicar flexión, vibración, u otras tensiones para probar la resiliencia mecánica.

Ya sea utilizado en satélites, vehículos eléctricos, o dispositivos médicos, Cada prueba es fundamental para garantizar el funcionamiento confiable de los PCB cerámicos en sus aplicaciones previstas..

8. Organización, Corte, y embalaje

• Organización:
  La perforación mecánica no es adecuada para cerámica.; procesamiento láser (ultravioleta, CO₂) se emplea para perforar, cortes en V, surcos, y vías con control de precisión.

• Limpieza y embalaje:
  Limpieza ultrasónica con agua desionizada.;
  Secado seguido de sellado al vacío.;
  Para productos sensibles, Se añaden desecantes y bolsas antiestáticas..