Podstawowe zalety, właściwości i technologia przetwarzania podłoży ceramicznych
Podłoża ceramiczne odgrywają istotną rolę w dziedzinie elektroniki ze względu na ich istotne zalety, takie jak wysoka przewodność cieplna, doskonałe właściwości izolacyjne i przewodność cieplna. Jakie są jednak najważniejsze zalety podłoży ceramicznych w porównaniu z płytkami ceramicznymi?
1. Różnica między podłożami ceramicznymi a płytkami ceramicznymi
Płytki ceramiczne służą jako płaskie materiały stanowiące podstawę nośną dla elementów obwodów foliowych i komponentów montowanych powierzchniowo na elektronicznej podstawie ceramicznej.
Z kolei podłoża ceramiczne wymagają specjalistycznego procesu, podczas którego folia miedziana jest bezpośrednio łączona z powierzchnią płytki ceramicznej (jednostronnie lub dwustronnie) w wysokich temperaturach. Powstałe ultracienkie podłoże kompozytowe wykazuje doskonałą izolację elektryczną, wysoką przewodność cieplną, doskonałą lutowność, wysoką siłę przylegania i może być wytrawione różnymi wzorami podobnymi do PCB, dzięki czemu posiada znaczną zdolność przewodzenia prądu.Dlatego podłoża ceramiczne stały się podstawowymi materiałami w technologiach konstrukcji i połączeń wzajemnych obwodów elektronicznych dużej mocy.
2. Podstawowe zalety podłoży ceramicznych
Podłoża ceramiczne wykazują dużą odporność na naprężenia mechaniczne i stabilność kształtu, wysoką wytrzymałość, przewodność cieplną i izolację, a także silne wiązanie i odporność na korozję. Oferują doskonałą wydajność w zakresie cykli termicznych i wysoką niezawodność, umożliwiając trawienie różnych wzorów podobnych do płytek PCB (lub substratów IMS). Podłoża ceramiczne nie zanieczyszczają środowiska i są przyjazne dla środowiska.
3. Właściwości podłoży ceramicznych
(1) Właściwości mechaniczne
Odpowiednio wysoka wytrzymałość mechaniczna pozwala na zastosowanie jako elementy nośne obok elementów montażowych, przy dobrej obrabialności i dużej dokładności wymiarowej.
(2)Właściwości elektryczne
Wysoka rezystancja izolacji i napięcie przebicia, niska stała dielektryczna i minimalne straty dielektryczne zapewniają stabilną pracę w warunkach wysokiej temperatury i wilgotności, zapewniając niezawodność.
（3）Właściwości termiczne
Wysoka przewodność cieplna, dopasowane współczynniki rozszerzalności cieplnej do pokrewnych materiałów (szczególnie z Si) i doskonała odporność na ciepło.
(4)Inne właściwości
Doskonała stabilność chemiczna, łatwa metalizacja z silną przyczepnością do wzorów obwodów, niehigroskopijna, olejoodporna, odporna na chemikalia, niska emisja promieni rentgenowskich, nietoksyczna, a struktura krystaliczna pozostaje niezmieniona w zakresie temperatur roboczych.
4, Techniki wytwarzania podłoży ceramicznych (HTCC, LTCC, DPC, DBC, AMB)
Podłoża ceramiczne dzieli się przede wszystkim na płaskie podłoża ceramiczne i trójwymiarowe podłoża ceramiczne w oparciu o procesy produkcyjne. Główne technologie płaskich podłoży ceramicznych obejmują ceramikę cienkowarstwową (TFC), ceramikę grubowarstwową drukowaną (TPC), miedź wiązaną bezpośrednio (DBC), lutowanie aktywne metalem (AMB) i miedź bezpośrednio platerowaną (DPC). Główne trójwymiarowe podłoża ceramiczne obejmują ceramikę współspalaną w wysokiej temperaturze (HTCC) i ceramikę współspalaną w niskiej temperaturze (LTCC).
(1)HTCC (ceramika współspalana w wysokiej temperaturze)
Opracowana wcześniej metoda HTCC polega na współwypalaniu ceramiki z wzorami metali o wysokiej temperaturze topnienia, takimi jak W, Mo, w celu uzyskania wielowarstwowych podłoży ceramicznych. Jednak wysoka temperatura spiekania ogranicza wybór materiału elektrody, a koszt produkcji jest stosunkowo wysoki, co skłoniło do opracowania LTCC.
(2)LTCC (ceramika współspalana w niskiej temperaturze)
LTCC obniża temperaturę współspalania do około 850°C, układając i współwypalając wiele warstw folii ceramicznej z metalowymi wzorami, aby uzyskać trójwymiarowe okablowanie obwodów. LTCC przoduje w integracji pasywnej i znajduje szerokie zastosowanie na różnych rynkach, takich jak elektronika użytkowa, komunikacja, motoryzacja i obrona.
(3)DPC (miedź powlekana bezpośrednio)
Opracowany w oparciu o technologię folii ceramicznej, DPC osadza miedź na podłożach ceramicznych przy użyciu technologii napylania katodowego i tworzy obwody w procesach galwanizacji i fotolitografii.
(4)DBC (miedź wiązana bezpośrednio)
DBC wykorzystuje łączenie termooporowe do bezpośredniego łączenia folii miedzianej z powierzchniami ceramicznymi Al2O3 i AlN, tworząc podłoża kompozytowe. Jego technologiczne wąskie gardło polega na rozwiązaniu problemu mikropustek pomiędzy Al2O3 a folią miedzianą, co stwarza poważne wyzwania dla masowej produkcji i wydajności.
(5)AMB (aktywne lutowanie metali)
Bazując na technologii DBC, AMB osiąga heterogeniczne wiązanie ceramiki z metalem przy użyciu pasty lutowniczej AgCu zawierającej pierwiastki aktywne Ti, Zr, ułatwiającej zwilżanie i reakcję na styku ceramika-metal w temperaturze około 800°C.
Spośród pięciu wymienionych głównych procesów, zarówno HTCC, jak i LTCC należą do procesów spiekania, które generalnie wiążą się z wyższymi kosztami. Z drugiej strony DBC i DPC to stosunkowo nowe, dojrzałe rozwiązania nastawione na produkcję masową, przy czym DBC wykorzystuje ogrzewanie w wysokiej temperaturze w celu związania Al2O3 z podłożami Cu. Jednakże znaczącym wyzwaniem technicznym związanym z DBC jest zajęcie się problemem występowania mikropustek pomiędzy Al2O3 i Cu, wpływających na skalowalność i wydajność produktu. Z drugiej strony technologia DPC wykorzystuje bezpośrednie miedziowanie do osadzania Cu na podłożach Al2O3, integrując materiały i techniki obróbki cienkowarstwowej. Produkty na bazie DPC stały się w ostatnich latach najczęściej stosowanymi ceramicznymi podłożami odprowadzającymi ciepło. Niemniej jednak wysokie wymagania dotyczące kontroli materiałów i integracji technologii procesowych stwarzają wyższe bariery wejścia dla wejścia do branży DPC i osiągnięcia stabilnej produkcji.
W porównaniu do tradycyjnych produktów, podłoża ceramiczne AMB osiągają wyższą siłę wiązania i większą niezawodność dzięki reakcjom chemicznym pomiędzy pastą lutowniczą ceramiki i aktywnego metalu w wysokich temperaturach. To sprawia, że doskonale nadają się do scenariuszy wymagających połączeń o wysokiej wydajności lub wymagań dotyczących przenoszenia wysokiego prądu i rozpraszania ciepła, szczególnie w branżach takich jak nowe pojazdy energetyczne, transport kolejowy, wytwarzanie energii wiatrowej, fotowoltaika, komunikacja 5G, gdzie zapotrzebowanie na miedź ceramiczną AMB- laminaty platerowane są istotne.
XIAMEN MASCERA TECHNOLOGY CO., LTD. jest renomowanym i niezawodnym dostawcą specjalizującym się w produkcji i sprzedaży technicznych części ceramicznych. Zapewniamy produkcję na zamówienie i precyzyjną obróbkę szerokiej gamy wysokowydajnych materiałów ceramicznych, w tym ceramika z tlenku glinu, ceramika cyrkonowa, azotek krzemu, węglik krzemu, azotek boru, azotek aluminium I ceramika szklana nadająca się do obróbki mechanicznej. Obecnie nasze części ceramiczne można znaleźć w wielu gałęziach przemysłu, takich jak mechaniczny, chemiczny, medyczny, półprzewodnikowy, samochodowy, elektroniczny, metalurgiczny itp. Naszą misją jest dostarczanie najwyższej jakości części ceramicznych użytkownikom na całym świecie i wielką przyjemnością jest oglądanie naszej ceramiki części działają wydajnie w specyficznych zastosowaniach klientów. Możemy współpracować zarówno przy produkcji prototypowej, jak i masowej, zapraszamy do kontaktu z nami, jeśli masz wymagania.
