Mukautettujen keraamisten piirilevyjen valmistaja ja valmistuspalvelu

Keraamisissa piirilevyissä käytetään epäorgaanisia keraamisia alustoja – alumiinioksidia, alumiininitridiä, piinitridiä – tavallisissa FR4-levyissä käytetyn orgaanisen lasikuituepoksin sijaan. Keraaminen alusta kiinnittyy suoraan kuparipiirilevyihin ilman erillistä dielektristä eristyskerrosta, mikä luo komponentista jäähdytyselementtiin 50–500 kertaa tehokkaamman lämpöreitin kuin FR4. Tämä rakenteellinen etu on syy siihen, miksi keraamisia piirilevyjä käytetään tehomoduuleissa, kirkkaissa LEDeissä, RF-etuyksiköissä, laserdiodien alustoissa ja kaikissa sovelluksissa, joissa lämmönvuo, käyttölämpötila tai lämpösyklien kesto ylittää orgaanisten laminaattien kestoiän.

Highleap Electronics valmistaa keraamisia piirilevyjä alumiinioksidi- (Al₂O₃), alumiininitridi- (AlN) ja piinitridi- (Si₃N₄) alustoille käyttäen DBC-, DPC-, paksukalvo-, ohutkalvo-, LTCC- ja HTCC -prosesseja. Kokoamme myös komponentteja keraamisille alustoille – SMT, lankaliitos, sirujen kiinnitys ja sähköinen testaus – saman katon alla.

Pyydä tarjous keraamisesta piirilevystä →

Neljä keraamista alustamateriaalia ja niiden sopivuus

Jokainen keraaminen piirilevy alkaa alustasta. Valittu materiaali määrää lämmönjohtavuuden, mekaanisen lujuuden, CTE-sopivuuden puolijohdepiirin kanssa ja valmiin levyn kustannukset. Highleap varastoi ja käsittelee kaikkia neljää tuotantolaatuista keraamista alustaa.

Alumiinioksidi — tuotannon työjuhta

Alumiinioksidikeraamiset piirilevyt muodostavat suurimman osan maailmanlaajuisesta keraamisten piirilevyjen tuotannosta. Alumiinioksidia on saatavana 96 %:n ja 99.6 %:n puhtausasteilla, ja sen lämmönjohtavuus on käytännöllinen (50–100 kertaa parempi kuin FR4), sähköeristys on erinomaista ja hintataso tekee siitä käyttökelpoisen kohtalaisen suuruisissa tuotantomäärissä. Käytämme 96-prosenttista alumiinioksidia useimmissa LED-, anturi- ja tehoelektroniikkasovelluksissa ja 99.6-prosenttista alumiinioksidia, kun vaaditaan tiukempia pinnan karheus- tai dielektrisiä toleransseja – tyypillisesti ohutkalvoisissa RF-piireissä.

Alumiininitridi – lämpöominaisuuksien johtaja

AlN:n lämmönjohtavuus on 7 kertaa alumiinioksidia parempi ja sen CTE-arvo vastaa parhaiten piitä keraamisten alustojen joukossa (4.5 vs. 3.0 ppm/°C). CTE-arvon vastaavuuden vuoksi AlN:ää käytetään aina, kun puolijohdepiiri on kiinnitetty suoraan alustaan ​​– tehomoduuleissa, laserdiodikoteloissa ja 5G RF -moduuleissa. Kompromissina ovat kustannukset ja vaativammat metallointivaatimukset. Lämmönhallintasuunnittelutukemme auttaa selvittämään, vaatiiko suunnittelusi todella AlN:ää vai saavuttaisiko alumiinioksidi paremmalla lämpörajapintasuunnittelulla saman liitoslämpötilatavoitteen alhaisemmilla kustannuksilla.

Piinitridi – kestävintä keraamia äärimmäiseen pyöräilyyn

Si₃N₄:n murtolujuus on 2–3 kertaa alumiinioksidin tai AlN:n murtolujuus, minkä ansiosta se kestää lämpövaihteluita (–55 - +250 °C, yli 30 000 sykliä), jotka halkeilevat muita keraamisia alustoja. Siitä on tullut ensisijainen alusta seuraavan sukupolven SiC- ja GaN- tehoelektroniikkamoduuleille sähköajoneuvojen vetoinverttereissä ja teollisuusmoottorikäytöissä. Si₃N₄:a käsitellään lähes yksinomaan AMB-metalloinnilla (aktiivisella metallijuottamalla).

Berylliumoksidi — perinteinen korkea suorituskyky, rajoitettu käyttö

BeO:lla on kaikista keraamisista piirilevymateriaaleista paras lämmönjohtavuus, mutta sen raaka-aineen myrkyllisyys (berylliumpöly on vakava hengitystieriski) rajoittaa sen käyttöä sovelluksissa, joissa korvaavaa materiaalia ei ole – pääasiassa vanhoissa ilmailu- ja puolustusohjelmissa, joissa on vakiintuneet käsittelyprotokollat. Uudet mallit käyttävät yhä useammin AlN:ää tai Si₃N₄:ää.

Seitsemän valmistusprosessia: Miten kupari pääsee keraamiseen

Alustamateriaali määrittää keraamisen piirilevyn lämpöominaisuudet. Metallointiprosessi määrittää sähköiset ominaisuudet – jälkien erottelukyvyn, kuparin paksuuden, kerrosten määrän ja kupari-keraaminen sidoksen lujuuden. Highleap tukee kaikkia seitsemää tuotantoluokan metallointiprosessia.

DBC kielellä ukraina

DBC liimaa paksun kuparifolion (0.15–0.6 mm) keramiin kontrolloidun hapetusreaktion kautta noin 1 065 °C:ssa. Tuloksena olevalla kupari-keraaminen rajapinnalla on erittäin alhainen lämmönkestävyys ja se tukee suurvirtakiskoja IGBT- ja MOSFET-tehomoduuleille. DBC on vakiintunut standardi tehomoduulien keraamisille alustoille sekä alumiinioksidilla että AlN:llä. Rajoitus: pienin johtimen leveys on tyypillisesti 0.3–0.5 mm paksun kuparin vuoksi, ja reunan tarkkuus on karkeampi kuin DPC:llä.

DPC kielellä ukraina

DPC ruiskuttaa ohuen titaani/kupari-siemenkerroksen keraamiselle pinnalle tyhjiössä ja pinnoittaa sitten kuparin haluttuun paksuuteen (tyypillisesti 5–140 µm) käyttämällä tavanomaista fotolitografiaa ja galvanointia. Prosessilla saavutetaan hienoviivainen resoluutio (jälki/tila jopa 50/50 µm) ja se tukee pinnoitettuja läpireikiä ja reikiä – mikä tekee siitä monipuolisimman metallointimenetelmän monimutkaisiin piirisuunnitteluihin. DPC on standardiprosessi tiheille LED-koteloille, alumiinioksidilla valmistetuille RF-piireille ja kaikille keraamisille piirilevysuunnitteluille, jotka vaativat impedanssiohjattuja jälkiä.

AMB-tunnus: Aktiivinen metallin juottaminen

AMB liittää kuparin keramiin aktiivisella juotosseoksella (tyypillisesti Ag-Cu-Ti) 800–900 °C:ssa tyhjiössä. Aktiivinen titaanielementti kostuttaa keraamisen pinnan ja luo metallurgisen sidoksen, joka on vahvempi kuin DBC:llä – erityisen tärkeää Si₃N₄-alustoille, joissa tavanomainen DBC-hapetusprosessi ei muodosta luotettavaa sidosta. AMB tukee jopa 800 µm:n kuparipaksuuksia ja on hallitseva teknologia seuraavan sukupolven SiC/GaN-tehopuolijohdemoduuleille.

Paksu kalvo

Paksukalvokeraamisissa piirilevyissä käytetään silkkipainettuja johtavia pastoja (hopea, kulta, hopea-palladium), jotka sintrataan 850–900 °C:ssa. Prosessi mahdollistaa vastusten ja kondensaattoreiden painamisen suoraan alustalle, mikä eliminoi erillisten passiivisten komponenttien tarpeen hybridipiireissä. Paksukalvo on kustannustehokkain keraamisten piirilevyjen prosessi kohtalaisen virran sovelluksiin, joissa on suuremmat piirteiden koot (vähimmäisviivan leveys tyypillisesti 100–150 µm). Standardi autoteollisuuden antureille, teollisuusohjaimille ja hybridi-mikroelektroniikalle.

Ohut filmi

Ohutkalvokeraamiset piirilevyt kerrostavat metallia sputteroimalla tai haihduttamalla, minkä jälkeen ne kuvioidaan fotolitografialla – saavuttaen minkä tahansa keraamisten piirilevyjen prosessin hienoimman resoluution (viiva/tila jopa 10/10 µm). Ohutkalvo on tarkoitettu tarkkuus-RF-suodattimille, mikroaaltopiireille ja korkeataajuussovelluksille, joissa johdingeometria ohjaa suoraan impedanssia ja lisäyshäviötä. Kuparin paksuus on rajallinen (tyypillisesti alle 5 µm); suurempaa virtaa vaativissa malleissa yhdistyvät ohutkalvokuviointi ja sitä seuraava pinnoitus (DPC-lähestymistapa).

LTCC kielellä tšekki

LTCC polttaa hopea- tai kultajohtimilla varustettuja keraamisia nauhakerroksia 850–900 °C:n lämpötilassa, jolloin syntyy monikerroksisia keraamisia piirilevyjä (yli 10 kerrosta) integroiduilla läpivienneillä, onteloilla ja upotetuilla passiivisilla komponenteilla. LTCC on standardi kompakteille RF-moduuleille, millimetriaaltoaaltoetupäätteille (autojen tutkat, 5G-antennit) ja kaikille malleille, jotka vaativat kolmiulotteista yhteenliitäntätiheyttä hermeettisessä keraamisessa kotelossa. LTCC- ja HTCC-osaamisemme kattavat sekä prototyyppi- että tuotantomäärät.

HTCC korkeassa lämpötilassa poltettu keraaminen

HTCC poltetaan 1 500–1 800 °C:ssa käyttäen volframi- tai molybdeenijohtimia (kulta ja hopea eivät kestä näitä lämpötiloja). HTCC tuottaa substraatteja, joilla on korkein rakenteellinen lujuus ja kemiallinen kestävyys – nämä on määritelty hermeettisissä paketeissa, porausreikien instrumenteissa ja äärimmäisten olosuhteiden elektroniikassa. Kompromissina on alhaisempi johtimen johtavuus (W:llä ja Molybdyllä on 3–5 kertaa suurempi resistiivisyys kuin Cu:lla tai Ag:lla) ja kalliimmat työkalut.

Oikean keraamisen piirilevyn valitseminen sovellukseesi

Useimmat projektit päätyvät johonkin viidestä materiaali-prosessi-yhdistelmästä. Valinta määräytyy suunnittelun sitovan rajoitteen mukaan – virta, lämpösyklit, jälkien resoluutio, taajuus tai kustannukset.

Highleapin valmistuskapasiteettitaulukko

Keraamisten piirilevyjen määrittely ja tilaaminen

Puutteelliset erittelyt ovat ensisijainen syy tarjousviiveisiin ja yllätyksiin jo ensimmäisen artikkelin kohdalla keraamisten piirilevyprojektien yhteydessä. Toisin kuin FR4-tilauksissa, joissa oletukset kattavat useimmat tapaukset, keraamiset piirilevyt vaativat jokaisen parametrin erilliset erittelyt, koska alan standardeja ei ole.

Keraamisen piirilevyn tarjouspaketin tulisi sisältää:

Jos olet epävarma materiaalin tai prosessin valinnasta, lähetä meille valmiit ratkaisut. Suunnittelutiimimme tekee DFM-tarkastuksen ja materiaalisuosituksia lämpö-, sähkö- ja mekaanisten vaatimustesi perusteella – ennen kuin sitoudut tiettyyn rakenteeseen.

Usein Kysytyt Kysymykset

Mitä substraattimateriaaleja on saatavilla keraamisille piirilevyille?

Neljä tuotantoluokan keraamista piirilevyalustaa ovat alumiinioksidi (Al₂O₃), jonka lämmönjohtavuus on 24–28 W/m·K, alumiininitridi (AlN) 170–200 W/m·K, piinitridi (Si₃N₄) 80–90 W/m·K, jolla on paras murtolujuus, ja berylliumoksidi (BeO) 250–300 W/m·K perinteisiin suuritehoisiin sovelluksiin. Alumiinioksidi soveltuu useimpiin sovelluksiin alhaisimmilla kustannuksilla; AlN soveltuu suuritehoisiin moduuleihin, joissa lämmönjohtavuus on sitova rajoite; Si₃N₄ on tarkoitettu sovelluksiin, joissa lämpövaihteluiden kestävyys ja mekaaninen kestävyys ovat tärkeimpiä – esimerkiksi SiC/GaN-sähköautoinverttereille.

Mitä eroa on DBC-, DPC- ja AMB-keraamisilla piirilevyillä?

DBC liimaa paksua kuparia (0.15–0.6 mm) keramiin noin 1 065 °C:ssa kontrolloidun hapetusprosessin avulla – parhaiten alumiinioksidille ja AlN:lle valmistetuille suurvirtamoduuleille. DPC kerrostaa ohuen kuparisiemenkerroksen sputteroimalla ja sitten levyt haluttuun paksuuteen – parhaiten hienoviivapiireille, LEDeille ja RF-malleille. AMB juottaa kuparia 800–900 °C:ssa käyttämällä aktiivista metallitäyteainetta – parhaiten Si₃N₄-alustoille ja kaikkiin sovelluksiin, jotka vaativat mahdollisimman vahvaa kupari-keraaminen sidosta ja äärimmäistä lämmönvaihteluiden kestävyyttä. Katso DBC -prosessimme tiedot saadaksesi tarkemman teknisen vertailun.

Paljonko keraamiset piirilevyt maksavat verrattuna FR4:ään?

Keraamisten piirilevyjen hinta on tyypillisesti 5–50 kertaa suurempi kuin vastaavien FR4-levyjen, riippuen alustamateriaalista, metallointiprosessista, levyn koosta ja tilausmäärästä. Alumiinioksidipaksukalvo on edullisin keraaminen vaihtoehto. AlN- ja Si₃N₄ AMB -alustoilla on korkein hinta. Tarkka hinnoittelu riippuu täysin käyttämästäsi suunnittelusta – 10 mm × 10 mm:n alumiinioksidin DPC-LED-aluslevy maksaa hyvin eri hinnalla kuin 50 mm × 80 mm:n AlN DBC -tehomoduulialusta. Lähetä Gerber-tiedostosi saadaksesi tarkan tarjouksen todellisen suunnittelusi perusteella. Lisätietoja keraamisten piirilevyjen hinnoitteluun vaikuttavista tekijöistä on keraamisten piirilevyjen kustannusanalyysissämme.

Voivatko keraamiset piirilevyt olla monikerroksisia?

Kyllä. LTCC- ja HTCC-yhteispolttoprosessit tukevat yli 10 kerrosta upotettuine vastuksineen, kondensaattoreineen, induktoreineen ja pystysuorine yhteenliitäntöineen. DBC- ja AMB-substraatit koostuvat tyypillisesti 1–2 johtavasta kerroksesta. DPC tukee 2–4 kerrosta pinnoitetuilla läpirei'illä alumiinioksidi- tai AlN-alustoilla. Monimutkaisten monikerrosrakenteiden osalta katso monikerroskeraamisten piirilevyjen valikoimamme.

Mitä tiedostoja tarvitsen saadakseni tarjouksen keraamisesta piirilevystä?

Täydelliset Gerber-tiedostot kaikille kerroksille, valmistuspiirustus, jossa eritellään keraaminen materiaali ja puhtausaste, alustan paksuus ja toleranssi, metallointimenetelmä, kuparin paksuus, pinnanlaatu, mittatoleranssit, sähköiset testauskriteerit, määrä ja tavoitetoimituspäivämäärä. Avaimet käteen -kokoonpanoa varten lisää osaluettelo ja keräily- ja sijoitustiedostot. Tämän paketin mukana annamme tarjouksen, jossa on rivikohtainen kustannuserittely – hinta riippuu todellisesta suunnittelustasi, emmekä arvaa numeroa Gerber-sarjalle, jota emme ole tarkistaneet.