Анализ технологии упаковки керамических печатных плат
Керамическая упаковка — это метод помещения электронных компонентов в корпус. керамический субстрат. Этот тип упаковки обеспечивает превосходную термостойкость., влагостойкость, коррозионная стойкость, и невосприимчивость к электромагнитным помехам. Это также помогает снизить электрический и тепловой шум внутри корпуса., что делает его идеальным для высокопроизводительных электронных устройств, таких как высокочастотные усилители мощности., высокоскоростные приемопередатчики данных, и малошумящие усилители.
Преимущества керамической упаковки:
Высокая термостойкость: Керамические материалы обычно имеют высокие температуры плавления и могут выдерживать повышенные температуры.. Это позволяет керамической упаковке надежно работать в условиях высоких температур без ухудшения производительности..
Отличная влагостойкость: Обладает сильными водонепроницаемыми и влагостойкими характеристиками., керамические материалы хорошо подходят для использования во влажных условиях.. Их производительность остается стабильной, несмотря на колебания влажности..
Выдающаяся коррозионная стойкость: Керамические материалы обладают высокой устойчивостью к большинству химикатов., в том числе кислоты, базы, соли, и органические растворители. Это делает их пригодными для использования в жестких химических средах без риска выхода из строя из-за коррозии..
Превосходные электромагнитные помехи (Эми) Экранирование: Керамика обеспечивает превосходные свойства экранирования электромагнитных помех., минимизация воздействия внешних электромагнитных помех. Это обеспечивает стабильную работу в высокочастотных приложениях без потери производительности из-за электромагнитных помех..
Обзор процесса упаковки керамических печатных плат
1. Этап подготовки чипа
Нарезка вафель кубиками:
Использование технологии точной лазерной резки., пластина сегментируется на отдельные матрицы с точностью до микрона, обеспечение точных размеров чипа для удовлетворения требований сборки керамических подложек.Очистка чипов:
Многоступенчатая химическая очистка., включая обезжиривание органическими растворителями и промывку деионизированной водой., удаляет остатки резки, чтобы предотвратить плохую пайку или электрические неисправности.
2. Изготовление керамической подложки
Формирование подложки:
Ленточный кастинг: Керамическая суспензия (НАПРИМЕР., глинозем, алюминиевый нитрид) отливается в тонкие листы, с допуском по толщине, контролируемым в пределах ±5 мкм, подходит для крупносерийного производства.
Сухое прессование: В сочетании с изостатическим прессованием, этот метод позволяет изготавливать подложки сложной формы с повышенной однородностью плотности..
Металлизация:
Медь прямого соединения (DBC): При высоких температурах, активная пайка создает прочную связь между керамическим и медным слоями, достижение толщины меди более 300 мкм.
Медь с прямым покрытием (DPC): Медь наносится гальваническим способом после фотолитографического нанесения рисунка., включение многоуровневой маршрутизации и сквозного заполнения, с шириной линии/интервалом до 10 мкм.
Лазерное бурение:
Передовая лазерная технология формирует микроотверстия (диаметр <0.06мм) с гладкими сквозными стенками (шероховатость <0.3мкм), обеспечение межсоединений высокой плотности.
3. Интеграция чип-подложка
Приставка для штампа:
Клеи с высокой теплопроводностью, такие как серебряная паста, наносятся с помощью прецизионного оборудования для установки чипов на определенные участки подложки.. Низкая усадка после отверждения минимизирует термическое напряжение..Пайрь:
Для мощных устройств, пайка оплавлением или ультразвуковая сварка используются для образования металлургических связей., обеспечение как электропроводности, так и механической стабильности.
4. Склеивание проводов и упаковка
Методы склеивания:
Соединение золотой/медной проволоки: Термическое сжатие или ультразвуковая энергия используются для соединения соединительных проводов между контактными площадками чипа и подложкой.. Связи должны выдерживать термоциклирование и механическую вибрацию..
Склеивание перевернутых чипов (Фк): Чип перевернут и напрямую соединен с подложкой., устранение соединительных проводов и минимизация паразитных эффектов — идеально для высокочастотных применений.
Инкапсуляция:
Герметизация: Сварка параллельных швов или герметизация стеклянной фриттой (НАПРИМЕР., Системы PbO-B₂O₃-ZnO) проводится при ~450°C, достижение скорости утечек ниже 1×10⁻⁸ Па·м³/с.
Пластиковое литье: Для негерметичного применения, эпоксидная смола или силиконовая герметизация используется для повышения устойчивости к воздействию окружающей среды..
5. Постобработка и тестирование
Электрические испытания:
Целостность сигнала, Сопоставление импеданса, и высокочастотная производительность (10Передача –20 ГГц) проверяются с помощью таких инструментов, как сетевые анализаторы и осциллографы..Тестирование надежности:
Термальный велоспорт: Имитирует колебания температуры от -65°C до +250°C для оценки надежности соединения подложки с чипом..
Механические ударные испытания: Оценивает виброустойчивость для обеспечения эксплуатационной стабильности в аэрокосмической и других сложных условиях..
Ключевые технологические процессы в керамической упаковке печатных плат
1. Прецизионная лазерная обработка
Технологии лазерного сверления и резки достигают микронной точности., обеспечение маршрутизации с высокой плотностью (ширина линии/интервал до 10 мкм) и 3D-взаимосвязь (промежуточный слой диаметром всего 50 мкм).
2. Металлизация и создание схем
Процессы DBC и DPC, в сочетании с фотолитографией, создавать схемы схем высокого разрешения. Подложки из нитрида алюминия обладают теплопроводностью 180–230 Вт/м·К и коэффициентом теплового расширения. (КТР ≈ 4,5 ppm/°C), близко соответствующие кремниевые чипы.
3. Технология многослойного совместного обжига
LTCC (Низкотемпературная керамика совместного обжига):
Обжиг при ~850°C, объединяет несколько керамических слоев и металлических дорожек, разрешение встроенных пассивных компонентов. Идеально подходит для антенн 5G миллиметрового диапазона.HTCC (Высокотемпературная керамика совместного обжига):
Обжиг при ~1600°C, обеспечивает высокую механическую прочность (≥400 МПа при трехточечном изгибе) для силовых модулей аэрокосмической отрасли.
Применение керамической упаковки для печатных плат
Автомобильная электроника
Блоки управления двигателем, Системы безопасности (АБС, ESP):
Разработан, чтобы выдерживать высокие температуры, влажность, и вибрация.Системы управления батареями:
Керамические подложки оптимизируют проводимость тока и рассеивание тепла., повышение безопасности электромобилей.
Телекоммуникации
5Антенны базовой станции G и радиочастотные модули:
Низкие диэлектрические потери обеспечивают целостность сигнала.Устройства спутниковой связи:
Отличная радиационная стойкость, адаптируется к суровым космическим условиям..
Аэрокосмическая и оборонная промышленность
Системы наведения ракет, Модули радиолокационных приемопередатчиков:
Подложки из нитрида алюминия выдерживают экстремальные температуры и механические удары..Военная электроника:
Коррозионная стойкость обеспечивает надежную работу в условиях боя..
Светодиодная и мощная электроника
Мощное светодиодное освещение:
Повышенная теплопроводность повышает светоотдачу более чем 30% и продлевает жизнь.Полупроводниковые охладители и электронные нагреватели:
Высокая пропускная способность по току поддерживает устойчивую работу при высокой мощности..
Полупроводниковые силовые модули
Подложки IGBT и MOSFET:
Силиконовый нитрид (Si₃n₄) подложки со сверхвысокой прочностью на изгиб (>800 МПа) хорошо подходят для высоковольтных применений.
Заключение
В итоге, Керамический корпус печатной платы стал жизненно важной технологией для высокотехнологичных электронных приложений благодаря своим превосходным тепловыделительным характеристикам., электрическая изоляция, и устойчивость к высоким температурам и коррозии. Поскольку такие отрасли, как связь 5G, силовая электроника, и электромобили продолжают развиваться, ожидается, что спрос на керамическую упаковку будет быстро расти. Оно будет играть все более важную роль в повышении производительности устройств и общей надежности системы..
