Producent og fabrikationsservice af brugerdefinerede keramiske printkort

Keramiske printkort bruger uorganiske keramiske substrater - aluminiumoxid, aluminiumnitrid, siliciumnitrid - i stedet for den organiske glasfiberepoxy, der findes i standard FR4-printkort. Det keramiske substrat binder direkte til kobberkredsløb uden et separat dielektrisk isoleringslag, hvilket skaber en termisk vej fra komponent til køleplade, der er 50-500 gange mere effektiv end FR4. Denne strukturelle fordel er grunden til, at keramiske printkort er specificeret til effektmoduler, LED'er med høj lysstyrke, RF-frontender, laserdiodeundermonteringer og enhver applikation, hvor varmeflux, driftstemperatur eller termisk cyklingslevetid overstiger, hvad organiske laminater kan overleve.

Highleap Electronics fremstiller keramiske printkort på substrater af aluminiumoxid (Al₂O₃), aluminiumnitrid (AlN) og siliciumnitrid (Si₃N₄) ved hjælp af DBC, DPC, tykfilm, tyndfilm, LTCC og HTCC processer. Vi samler også komponenter på keramiske substrater – SMT, wire bonding, die attachment og elektrisk testning – under ét tag.

Få et tilbud på et keramisk printkort →

Fire keramiske substratmaterialer og hvor hvert materiale passer ind

Ethvert keramisk printkort starter med substratet. Det valgte materiale bestemmer den termiske ledningsevne, den mekaniske styrke, CTE-matchningen til halvlederskiven og prisen på det færdige printkort. Highleap lagerfører og forarbejder alle fire keramiske substrater i produktionskvalitet.

Alumina — produktionens arbejdshest

Alumina keramiske printkort tegner sig for størstedelen af ​​den globale produktion af keramiske printkort. Aluminiumoxid, der fås i 96 % og 99.6 % renhedsgrader, giver praktisk termisk ledningsevne (50-100 gange bedre end FR4), fremragende elektrisk isolering og et omkostningsniveau, der gør det brugbart til produktion i moderate mængder. Vi bruger 96 % aluminiumoxid til de fleste LED-, sensor- og effektelektronikapplikationer og 99.6 % aluminiumoxid, når der kræves strammere overfladeruhed eller dielektriske tolerancer – typisk til tyndfilms-RF-kredsløb.

Aluminiumnitrid — den førende inden for termisk ydeevne

AlN leverer 7 gange den termiske ledningsevne som aluminiumoxid og den nærmeste CTE-match til silicium blandt keramiske substrater (4.5 vs. 3.0 ppm/°C). Denne CTE-match er grunden til, at AlN specificeres overalt, hvor halvlederskiver er direkte bundet til substratet - effektmoduler, laserdiodepakker og 5G RF-moduler. Afvejningen er omkostninger og mere krævende metalliseringskrav. Vores Teknisk support til termisk styring hjælper med at afgøre, om dit design reelt kræver AlN, eller om aluminiumoxid med bedre termisk grænsefladedesign ville opnå det samme mål for forbindelsestemperatur til en lavere pris.

Siliciumnitrid — den stærkeste keramik til ekstrem cykling

Si₃N₄ har 2-3 gange så stor brudstyrke som aluminiumoxid eller AlN, hvilket gør det muligt at overleve termiske cyklusser (-55 til +250 °C, 30,000+ cyklusser), der forårsager revner i andre keramiske substrater. Det er blevet det foretrukne substrat til næste generations SiC og GaN. effektelektronikmoduler i EV-traktionsinvertere og industrielle motordrev. Si₃N₄ behandles næsten udelukkende med AMB-metallisering (aktiv metallodning).

Berylliumoxid — ældre højtydende, begrænset anvendelse

BeO tilbyder den højeste varmeledningsevne af alle keramiske printkortmaterialer, men dets råmaterialetoksicitet (berylliumstøv er en alvorlig indåndingsfare) begrænser det til anvendelser, hvor der ikke findes nogen erstatning - primært ældre luftfarts- og forsvarsprogrammer med etablerede håndteringsprotokoller. Nye designs specificerer i stigende grad AlN eller Si₃N₄ i stedet.

Syv fremstillingsprocesser: Hvordan kobber kommer på keramik

Substratmaterialet definerer de termiske egenskaber for et keramisk printkort. Metalliseringsprocessen definerer den elektriske kapacitet - sporopløsning, kobbertykkelse, lagantal og styrken af ​​kobber-keramikbindingen. Highleap understøtter alle syv metalliseringsprocesser i produktionskvalitet.

DBC — Direkte bundet kobber

DBC binder tyk kobberfolie (0.15-0.6 mm) til keramik gennem en kontrolleret oxidationsreaktion ved cirka 1,065 °C. Den resulterende kobber-keramik-grænseflade har ekstremt lav termisk modstand og understøtter højstrøms-samleskinner til IGBT- og MOSFET-effektmoduler. DBC er den etablerede standard for Keramiske substrater til strømmoduler på både aluminiumoxid og AlN. Begrænsning: Minimum sporbredde er typisk 0.3-0.5 mm på grund af det tykke kobber, og kantdefinitionen er grovere end DPC.

DPC — Direkte belagt kobber

DPC forstøver et tyndt titanium/kobberfrølag på den keramiske overflade under vakuum og belægger derefter kobber til den ønskede tykkelse (typisk 5-140 µm) ved hjælp af standard fotolitografi og elektroplettering. Processen opnår fin linjeopløsning (spor/mellemrum ned til 50/50 µm) og understøtter belagte gennemgående huller og vias – hvilket gør den til den mest alsidige metallisering til komplekse kredsløbsdesign. DPC er standardprocessen til LED-pakker med høj densitet, RF-kredsløb på aluminiumoxid og ethvert keramisk PCB-design, der kræver impedansstyrede spor.

AMB — Aktiv metallodning

AMB forbinder kobber med keramik ved hjælp af en aktiv loddelegering (typisk Ag-Cu-Ti) ved 800-900 °C under vakuum. Det aktive titaniumelement befugter den keramiske overflade og skaber en metallurgisk binding, der er stærkere end DBC - især vigtigt for Si₃N₄-substrater, hvor standard DBC-oxidationsproces ikke danner en pålidelig binding. AMB understøtter kobbertykkelser på op til 800 µm og er den dominerende teknologi til Næste generations SiC/GaN-effekthalvledermoduler.

Tyk film

Tykfilms keramiske printkort Brug serigrafitrykte ledende pastaer (sølv, guld, sølv-palladium) sintret ved 850-900 °C. Processen muliggør trykte modstande og kondensatorer direkte på substratet - hvilket eliminerer diskrete passive komponenter i hybridkredsløb. Tykfilm er den mest omkostningseffektive keramiske printkortproces til applikationer med moderat strøm med større funktionsstørrelser (minimum linjebredde typisk 100-150 µm). Standard for bilsensorer, industrielle styringer og hybrid mikroelektronik.

Tynd film

Tyndfilms keramiske printkort Aflejr metal ved sputtering eller fordampning, og mønstre derefter med fotolitografi — hvilket opnår den fineste opløsning af enhver keramisk PCB-proces (linje/afstand ned til 10/10 µm). Tyndfilm er specificeret til præcisions-RF-filtre, mikrobølgekredsløb og højfrekvente applikationer, hvor sporgeometri direkte styrer impedans og indsættelsestab. Kobbertykkelsen er begrænset (typisk under 5 µm); designs, der kræver højere strøm, kombinerer tyndfilmsmønstring med efterfølgende plettering (DPC-tilgangen).

LTCC — Lavtemperatur-samfyret keramik

LTCC affyrer keramiske tapelag med indlejrede sølv- eller guldledere ved 850-900 °C og producerer flerlagede keramiske printkort (10+ lag) med integrerede vias, hulrum og indlejrede passive komponenter. LTCC er standarden for kompakte RF-moduler, mmWave-frontends (bilradar, 5G-antenner) og ethvert design, der kræver tredimensionel forbindelsestæthed i en hermetisk keramisk pakke. Vores LTCC- og HTCC-funktioner dækker både prototype- og produktionsvolumener.

HTCC — Højtemperatur-samfyret keramik

HTCC brænder ved 1,500-1,800 °C ved hjælp af wolfram- eller molybdænledere (guld og sølv kan ikke overleve disse temperaturer). HTCC producerer substrater med den højeste strukturelle styrke og kemiske resistens – specificeret til hermetiske pakker, instrumenter i borehullet og elektronik til ekstreme miljøer. Ulempen er lavere lederledningsevne (W og Mo har 3-5 gange højere resistivitet end Cu eller Ag) og dyrere værktøj.

Valg af det rigtige keramiske printkort til din applikation

De fleste projekter lander på en af ​​fem materiale-proces-kombinationer. Udvælgelsen er drevet af bindingsbegrænsningen i designet - strøm, termisk cykling, sporopløsning, frekvens eller omkostninger.

Highleap-produktionskapacitetstabel

Sådan specificerer og bestiller du keramiske printkort

Ufuldstændige specifikationer er den primære årsag til forsinkelser i tilbudsgivningen og overraskelser i den første artikel i keramiske printkortprojekter. I modsætning til FR4-ordrer, hvor standarder dækker de fleste tilfælde, kræver keramiske printkort eksplicitte specifikationer for hver parameter, fordi der ikke findes nogen standarder i branchen.

Din tilbudspakke til keramiske printkort bør indeholde:

Hvis du er usikker på valg af materiale eller proces, så send det, du har. Vores ingeniørteam sørger for DFM-gennemgang og væsentlige anbefalinger baseret på dine termiske, elektriske og mekaniske krav – før du forpligter dig til en specifik konstruktion.

Ofte stillede spørgsmål

Hvilke substratmaterialer er tilgængelige til keramiske printkort?

De fire keramiske printkortsubstrater i produktionskvalitet er aluminiumoxid (Al₂O₃) med en varmeledningsevne på 24-28 W/m·K, aluminiumnitrid (AlN) ved 170-200 W/m·K, siliciumnitrid (Si₃N₄) ved 80-90 W/m·K med den højeste brudstyrke og berylliumoxid (BeO) ved 250-300 W/m·K til ældre højeffektapplikationer. Aluminiumoxid håndterer de fleste applikationer til den laveste pris; AlN bruges til højeffektmoduler, hvor varmeledningsevne er den bindende begrænsning; Si₃N₄ er specificeret, hvor termisk cyklisk udholdenhed og mekanisk robusthed er vigtigst - for eksempel SiC/GaN EV-invertere.

Hvad er forskellen mellem DBC-, DPC- og AMB-keramiske printkort?

DBC binder tykt kobber (0.15-0.6 mm) til keramik ved cirka 1,065 °C gennem en kontrolleret oxidationsproces – bedst til højstrømsmoduler på aluminiumoxid og AlN. DPC aflejrer et tyndt kobberfrølag ved at forstøve og derefter pladere til den ønskede tykkelse – bedst til fineline-kredsløb, LED'er og RF-designs. AMB lodder kobber ved 800-900 °C ved hjælp af et aktivt metalfyldstof – bedst til Si₃N₄-substrater og enhver anvendelse, der kræver den stærkest mulige kobber-keramikbinding og ekstrem termisk cyklisk udholdenhed. Se vores Detaljer om DBC-processen for en dybere teknisk sammenligning.

Hvor meget koster keramiske printkort sammenlignet med FR4?

Keramiske printkort koster typisk 5-50 gange så meget som tilsvarende FR4-printkort afhængigt af substratmateriale, metalliseringsproces, printkortstørrelse og ordremængde. Alumina-tykfilm er den mest overkommelige keramiske løsning. AlN og Si₃N₄ AMB har den højeste præmie. Den nøjagtige pris afhænger helt af dit specifikke design - en 10 mm × 10 mm aluminiumoxid DPC LED-undermontering koster meget anderledes end et 50 mm × 80 mm AlN DBC-strømmodulsubstrat. Indsend dine Gerber-filer for at få et præcist tilbud baseret på dit faktiske design. For flere detaljer om, hvad der driver prisen på keramiske printkort, se vores Analyse af omkostningerne ved keramisk printkort.

Kan keramiske printkort være flerlagede?

Ja. LTCC- og HTCC-co-firingprocesser understøtter 10+ lag med indlejrede modstande, kondensatorer, induktorer og vertikale forbindelser. DBC- og AMB-substrater er typisk 1-2 ledende lag. DPC understøtter 2-4 lag med belagte gennemgående huller på aluminiumoxid- eller AlN-substrater. For komplekse flerlagsdesign, se vores flerlags keramisk PCB-funktioner.

Hvilke filer skal jeg bruge for at få et tilbud på et keramisk printkort?

Komplette Gerber-filer for alle lag, en fabrikationstegning med angivelse af keramisk materiale og renhedsgrad, substrattykkelse og -tolerance, metalliseringsmetode, kobbertykkelse, overfladefinish, dimensionstolerancer, elektriske testkriterier, mængde og leveringsdato. Tilføj BOM- og pick-and-place-filer for nøglefærdig montering. Med denne pakke udsteder vi et tilbud med en opdeling af omkostningerne pr. linjepost – prisen afhænger af dit faktiske design, og vi gætter ikke på et tal for et Gerber-sæt, vi ikke har gennemgået.