Каков процесс производства керамической печатной платы??

Процесс производства керамических печатных плат

Керамические печатные платы — это высокопроизводительные электронные компоненты, характеризующиеся высокой термостойкостью., высокая частота, высокое напряжение, и высокая надежность. Они широко используются в авиакосмической промышленности., военный, телекоммуникации, и другие поля. Ниже описан типичный процесс производства керамических печатных плат..

1. Подготовка сырья

Производительность керамических печатных плат во многом зависит от чистоты., распределение частиц по размерам, и химическая стабильность керамической порошковой подложки. Поэтому, Первым шагом является тщательный выбор и обработка базовых материалов..

Состав сырья:

• Керамические порошки: например, оксид алюминия (Al₂o₃), алюминиевый нитрид (Альтернативный), оксид циркония (ZrO₂), оксид магния (MgO), с чистотой, превышающей 99%;

• Органические связующие: например ПВА (поливиниловый спирт), полиэтиленгликоль, используется для временной привязки;

• Растворители и добавки: используется для регулирования текучести и образования пленки, включая этанол, ацетон, бутанон, диспергаторы, и т. д..

Процесс поток:
Выбор керамического сырья → шаровое измельчение и смешивание → вакуумное удаление воздуха → сушка и грануляция → хранение для использования.

Контроль фокуса:

• Размер частиц контролируется между 0.5 к 3 мкм;

• Равномерное распределение для предотвращения дефектов спекания, таких как пористость или растрескивание.;

• Строгий контроль влажности и примесей во избежание образования пузырьков газа во время спекания..

2. Керамическая суспензионная печать или ламинирование

Смешанный керамический порошок, органическое связующее, и суспензия растворителя наносится на керамические подложки для формирования необходимых схем и мест установки компонентов.. Метод формования варьируется в зависимости от типа керамической печатной платы.:

• А. Печать на толстой пленке/тонкой пленке (для однослойных керамических плит):
  Керамическая или проводящая суспензия наносится на подложку с помощью трафаретной или струйной печати.;
  Функциональные шаблоны, такие как схемы, прокладки, емкостные слои, и формируются индуктивные закономерности.

• Беременный. Ламинирование зеленой лентой (для LTCC/HTCC):
  Керамические порошки смешивают с “зеленые ленты” и ламинированы методом горячего прессования с образованием многослойных структур.;
  Проводящие цепи напечатаны на каждом слое., с переходами, созданными для установления электрических соединений.

Основное оборудование:

• Автоматические трафаретные принтеры

• Прецизионные машины для выравнивания ламината

• Вакуумные прессы / изостатические прессы (последний для сложных форм)

3. Сушка и предварительное отверждение

Напечатанные или ламинированные подложки помещаются в печь с контролируемой температурой для сушки при температуре 80–120°C. 1-2 часы.
На этом этапе растворители из суспензии испаряются., повышение первоначальной стабильности рисунка и предотвращение таких дефектов, как пузыри или расслоение, во время последующего спекания.

Ключевые моменты:

• Равномерная сушка с контролируемым повышением температуры во избежание накопления внутреннего напряжения.;

• Проводится в чистом помещении или контролируемой среде для предотвращения загрязнения пылью..

4. Высокотемпературное спекание (уплотнение)

Это критический шаг для формирования керамической печатной платы..

Процесс спекания:

• Высушенные керамические плиты помещаются в высокотемпературную печь по запрограммированной кривой спекания.;

• Обычно температура колеблется от 1300 до 1650°С;

• Продолжительность спекания 2-4 часы (включая отопление, замачивание, и фазы охлаждения);

• Атмосфера печи может быть воздухом., азот, водород, или вакуум в зависимости от типа керамики и метода металлизации.

Результаты спекания:

• Зерна керамического порошка реорганизуются, образуя непрерывный, плотная поликристаллическая структура;

• Окончательные доски достигают целевой механической прочности, стабильность размеров, теплопроводность, и электроизоляция.

5. Металлизация поверхности (Формирование проводящей цепи)

После спекания, керамические подложки являются изолирующими и требуют металлизации для нанесения проводящих слоев, образующих рисунок схемы..

Общие методы металлизации:

6. Пайка и монтаж компонентов

После металлизации и нанесения рисунка, электронные компоненты припаяны к схемам.

Общие методы:

• Стрелка пайки (SMD сборка)

• Лазерная сварка, ультразвуковая сварка (для проводов или силовых контактов)

• Спекание серебряной пасты (особенно подходит для монтажа чипов IGBT)

Особенности процесса:

• Керамические печатные платы выдерживают высокие температуры (>800° C.), совместимость с различными методами высокотемпературной пайки;

• Прочная медно-керамическая связь обеспечивает превосходную стойкость к термическому удару и высокую токовую способность..

7. Тестирование

Готовые печатные платы проходят тщательную проверку., включая:

• Электрические испытания: Проверьте правильность соединений цепи, отсутствие коротких замыканий и обрывов цепи, обеспечение надежной работы с подключенными устройствами.

• Термические испытания: Оценка теплопроводности и конвекции., имеет решающее значение для печатных плат, подвергающихся воздействию высоких температур.

• Механические испытания: Применить изгиб, вибрация, или другие нагрузки для проверки механической устойчивости.

Используется ли в спутниках, электромобили, или медицинские устройства, каждое испытание имеет решающее значение для обеспечения надежной работы керамических печатных плат в их предполагаемом применении..

8. Формирование, Резка, и упаковка

• Формирование:
  Механическое сверление непригодно для керамики.; лазерная обработка (Укр, CO₂) используется для бурения, V-образные вырезы, канавки, и переходные отверстия с прецизионным контролем.

• Очистка и упаковка:
  Ультразвуковая очистка деионизированной водой;
  Сушка с последующей вакуумной герметизацией.;
  Для чувствительных продуктов, добавляются влагопоглотители и антистатические пакеты..