Fabrikant en fabrikant van op maat gemaakte keramische printplaten.

Keramische printplaten gebruiken anorganische keramische substraten — aluminiumoxide, aluminiumnitride, siliciumnitride — in plaats van de organische glasvezel-epoxy die in standaard FR4-printplaten wordt gebruikt. Het keramische substraat hecht direct aan de koperen circuits zonder een aparte diëlektrische isolatielaag, waardoor een thermisch pad van component naar koelplaat ontstaat dat 50 tot 500 keer efficiënter is dan bij FR4. Dit structurele voordeel is de reden waarom keramische printplaten worden gebruikt voor vermogensmodules, LED's met hoge helderheid, RF-front-ends, submontages voor laserdiode en elke toepassing waarbij de warmteflux, de bedrijfstemperatuur of de levensduur bij thermische cycli de grenzen van organische laminaten overschrijdt.

Highleap Electronics produceert keramische printplaten op substraten van aluminiumoxide (Al₂O₃), aluminiumnitride (AlN) en siliciumnitride (Si₃N₄) met behulp van DBC-, DPC-, dikke-film-, dunne-film-, LTCC- en HTCC- processen. We assembleren ook componenten op keramische substraten – SMT, draadverbindingen, chipbevestiging en elektrische testen – allemaal onder één dak.

Vraag een offerte aan voor een keramische printplaat →

Vier keramische substraatmaterialen en waar ze passen

Elke keramische printplaat begint met het substraat. Het gekozen materiaal bepaalt de thermische geleidbaarheid, mechanische sterkte, de CTE-afstemming met de halfgeleiderchip en de kosten van de uiteindelijke printplaat. Highleap heeft alle vier de gangbare keramische substraten op voorraad en verwerkt ze.

Aluminiumoxide — het werkpaard van de productie

Keramische printplaten van aluminiumoxide vormen het grootste deel van de wereldwijde productie van keramische printplaten. Aluminiumoxide is verkrijgbaar in zuiverheidsgraden van 96% en 99.6% en biedt een praktische thermische geleidbaarheid (50-100 keer beter dan FR4), uitstekende elektrische isolatie en een kostenniveau dat het rendabel maakt voor productie in middelgrote volumes. We gebruiken 96% aluminiumoxide voor de meeste LED-, sensor- en vermogenselektronica-toepassingen en 99.6% aluminiumoxide wanneer strengere eisen worden gesteld aan de oppervlakteruwheid of diëlektrische toleranties – typisch voor dunnefilm RF-circuits.

Aluminiumnitride — de leider op het gebied van thermische prestaties

AlN heeft een 7 keer hogere thermische geleidbaarheid dan aluminiumoxide en de beste CTE-waarde die overeenkomt met die van silicium onder keramische substraten (4.5 versus 3.0 ppm/°C). Dankzij die goede CTE-overeenkomst wordt AlN gebruikt waar halfgeleiderchips direct op het substraat zijn gelijmd – zoals in vermogensmodules, laserdiodebehuizingen en 5G RF-modules. De keerzijde is de hogere prijs en de strengere eisen aan de metaalafzetting. Onze technische ondersteuning op het gebied van thermisch beheer helpt u bepalen of uw ontwerp daadwerkelijk AlN vereist, of dat aluminiumoxide met een betere thermische interface dezelfde gewenste junctietemperatuur tegen lagere kosten kan bereiken.

Siliciumnitride — het sterkste keramische materiaal voor extreme fietsomstandigheden.

Si₃N₄ heeft een 2 tot 3 keer hogere breuktaaiheid dan aluminiumoxide of AlN, waardoor het bestand is tegen thermische cycli (–55 tot +250 °C, meer dan 30,000 cycli) die andere keramische substraten doen barsten. Het is uitgegroeid tot het substraat bij uitstek voor de volgende generatie SiC- en GaN- vermogenselektronicamodules in tractieomvormers voor elektrische voertuigen en industriële motoraandrijvingen. Si₃N₄ wordt vrijwel uitsluitend verwerkt met AMB (active metal brazing) metallisatie.

Berylliumoxide — een verouderd, hoogwaardig product met beperkt gebruik.

BeO biedt de hoogste thermische geleidbaarheid van alle keramische PCB-materialen, maar de giftigheid van de grondstof (berylliumstof is een ernstig inhalatiegevaar) beperkt het gebruik ervan tot toepassingen waar geen alternatief bestaat — voornamelijk oudere ruimtevaart- en defensieprogramma's met vastgestelde hanteringsprotocollen. Nieuwe ontwerpen schrijven steeds vaker AlN of Si₃N₄ voor in plaats daarvan.

Zeven productieprocessen: Hoe koper op keramiek terechtkomt

Het substraatmateriaal bepaalt de thermische eigenschappen van een keramische printplaat. Het metallisatieproces bepaalt de elektrische mogelijkheden: spoorresolutie, koperdikte, aantal lagen en de sterkte van de koper-keramische verbinding. Highleap ondersteunt alle zeven gangbare metallisatieprocessen voor productiedoeleinden.

DBC — Direct Bonded Copper

DBC verbindt dikke koperfolie (0.15–0.6 mm) met keramiek door middel van een gecontroleerde oxidatiereactie bij ongeveer 1,065 °C. De resulterende koper-keramische interface heeft een extreem lage thermische weerstand en ondersteunt stroomrails voor IGBT- en MOSFET-vermogensmodules. DBC is de gevestigde standaard voor keramische substraten voor vermogensmodules, zowel op aluminiumoxide als op AlN. Beperking: de minimale spoorbreedte is doorgaans 0.3–0.5 mm vanwege het dikke koper, en de randdefinitie is grover dan bij DPC.

DPC — Direct Plated Copper

DPC sputtert een dunne titanium/koper-kiemlaag op het keramische oppervlak onder vacuüm, waarna koper tot de gewenste dikte (doorgaans 5–140 µm) wordt aangebracht met behulp van standaard fotolithografie en galvanisatie. Het proces bereikt een fijne lijnresolutie (spoor/ruimte tot 50/50 µm) en ondersteunt geplateerde doorvoergaten en via's, waardoor het de meest veelzijdige metaalisatiemethode is voor complexe circuitontwerpen. DPC is het standaardproces voor LED-pakketten met hoge dichtheid, RF-circuits op aluminiumoxide en elk keramisch PCB-ontwerp dat impedantiegecontroleerde sporen vereist.

AMB — Actief metaalsolderen

AMB verbindt koper met keramiek met behulp van een actieve soldeerlegering (doorgaans Ag-Cu-Ti) bij 800-900 °C onder vacuüm. Het actieve titaniumelement bevochtigt het keramische oppervlak en creëert een metallurgische verbinding die sterker is dan DBC — wat met name belangrijk is voor Si₃N₄-substraten waar het standaard DBC-oxidatieproces geen betrouwbare verbinding vormt. AMB ondersteunt koperdiktes tot 800 µm en is de dominante technologie voor de volgende generatie SiC/GaN-vermogenshalfgeleidermodules.

Dikke film

Dikkefilm keramische printplaten maken gebruik van zeefgedrukte geleidende pasta's (zilver, goud, zilver-palladium) die gesinterd worden bij 850-900 °C. Dit proces maakt het mogelijk om weerstanden en condensatoren direct op het substraat te printen, waardoor discrete passieve componenten in hybride circuits overbodig worden. Dikkefilm is het meest kosteneffectieve proces voor keramische printplaten voor toepassingen met een gemiddelde stroomsterkte en grotere afmetingen (minimale lijnbreedte doorgaans 100-150 µm). Het is de standaard voor autosensoren, industriële besturingen en hybride micro-elektronica.

dunne film

Dunnefilm keramische printplaten brengen metaal aan door middel van sputteren of verdampen, waarna ze worden gepatroond met fotolithografie. Dit resulteert in de fijnste resolutie van alle keramische printplaatprocessen (lijn/spatie tot 10/10 µm). Dunnefilmtechnologie wordt toegepast in precisie-RF-filters, microgolfcircuits en hoogfrequente toepassingen waarbij de geometrie van de sporen direct de impedantie en het invoegverlies bepaalt. De koperdikte is beperkt (doorgaans minder dan 5 µm); ontwerpen die een hogere stroomsterkte vereisen, combineren dunnefilmpatronering met daaropvolgende galvanisatie (de DPC-methode).

LTCC — Laagtemperatuur meegebakken keramiek

LTCC bakt keramische tape-lagen met ingebedde zilveren of gouden geleiders bij 850–900 °C, waardoor meerlaagse keramische printplaten (10+ lagen) met geïntegreerde via's, holtes en ingebedde passieve componenten worden geproduceerd. LTCC is de standaard voor compacte RF-modules, mmWave-front-ends (automatische radar, 5G-antennes) en elk ontwerp dat een driedimensionale interconnectiedichtheid vereist in een hermetisch afgesloten keramische behuizing. Onze LTCC- en HTCC-mogelijkheden omvatten zowel prototype- als serieproductievolumes.

HTCC — Hoogtemperatuur-co-gebakken keramiek

HTCC wordt gebakken bij temperaturen van 1,500–1,800 °C met behulp van wolfraam- of molybdeengeleiders (goud en zilver kunnen deze temperaturen niet verdragen). HTCC produceert substraten met de hoogste structurele sterkte en chemische bestendigheid – eigenschappen die vereist zijn voor hermetische behuizingen, boorgatinstrumenten en elektronica voor extreme omstandigheden. De keerzijde is een lagere geleidbaarheid van de geleider (W en Mo hebben een 3–5 keer hogere soortelijke weerstand dan Cu of Ag) en duurdere gereedschappen.

De juiste keramische printplaat voor uw toepassing selecteren

De meeste projecten kiezen voor een van de vijf materiaal-procescombinaties. De keuze wordt bepaald door de belangrijkste ontwerpbeperkingen: stroomsterkte, thermische belasting, spoorresolutie, frequentie of kosten.

Highleap Productiecapaciteitstabel

Hoe keramische printplaten te specificeren en te bestellen

Onvolledige specificaties zijn de voornaamste oorzaak van vertragingen bij offertes en verrassingen bij de eerste productieversie van keramische printplaten. In tegenstelling tot FR4-printplaten, waarbij standaardwaarden in de meeste gevallen gelden, vereisen keramische printplaten een expliciete specificatie van elke parameter, omdat er geen industriestandaardwaarden bestaan.

Uw offertepakket voor keramische printplaten moet het volgende bevatten:

Als u twijfelt over de materiaalkeuze of het productieproces, stuur ons dan wat u heeft. Ons engineeringteam voert een DFM-analyse uit en geeft materiaalaanbevelingen op basis van uw thermische, elektrische en mechanische eisen, voordat u zich vastlegt op een specifieke constructie.

Veelgestelde Vragen / FAQ

Welke substraatmaterialen zijn beschikbaar voor keramische printplaten?

De vier keramische PCB-substraten voor productiegebruik zijn aluminiumoxide (Al₂O₃) met een thermische geleidbaarheid van 24–28 W/m·K, aluminiumnitride (AlN) met 170–200 W/m·K, siliciumnitride (Si₃N₄) met 80–90 W/m·K en de hoogste breuktaaiheid, en berylliumoxide (BeO) met 250–300 W/m·K voor oudere, krachtige toepassingen. Aluminiumoxide is het meest geschikt voor de meeste toepassingen tegen de laagste kosten; AlN wordt gebruikt voor krachtige modules waar thermische geleidbaarheid de doorslaggevende factor is; Si₃N₄ wordt toegepast waar thermische cyclusbestendigheid en mechanische robuustheid het belangrijkst zijn — bijvoorbeeld SiC/GaN-omvormers voor elektrische voertuigen.

Wat is het verschil tussen DBC-, DPC- en AMB-keramische printplaten?

DBC verbindt dik koper (0.15–0.6 mm) met keramiek bij ongeveer 1,065 °C door middel van een gecontroleerd oxidatieproces — het meest geschikt voor hoogstroomvermogenmodules op aluminiumoxide en AlN. DPC brengt een dunne koperen kiemlaag aan door middel van sputteren en plateert deze vervolgens tot de gewenste dikte — het meest geschikt voor fijne circuits, LED's en RF-ontwerpen. AMB soldeert koper bij 800–900 °C met behulp van een actief metaalvulmiddel — het meest geschikt voor Si₃N₄-substraten en alle toepassingen die de sterkst mogelijke koper-keramiekverbinding en extreme thermische cyclusbestendigheid vereisen. Zie onze DBC-procesdetails voor een uitgebreidere technische vergelijking.

Wat zijn de kosten van keramische printplaten in vergelijking met FR4-printplaten?

Keramische printplaten kosten doorgaans 5 tot 50 keer zoveel als vergelijkbare FR4-printplaten, afhankelijk van het substraatmateriaal, het metallisatieproces, de afmetingen van de printplaat en de bestelhoeveelheid. Aluminiumoxide (AMB) is de meest betaalbare keramische optie. Aluminiumnitride (AlN) en siliciumnitride (Si₃N₄) AMB hebben de hoogste prijs. De exacte prijs is volledig afhankelijk van uw specifieke ontwerp — een 10 mm × 10 mm aluminiumoxide DPC LED-submontage kost heel anders dan een 50 mm × 80 mm aluminiumoxide DBC-voedingsmodulesubstraat. Stuur uw Gerber-bestanden op voor een nauwkeurige offerte op basis van uw daadwerkelijke ontwerp. Voor meer informatie over de factoren die de prijs van keramische printplaten bepalen, raadpleeg onze kostenanalyse voor keramische printplaten.

Kunnen keramische printplaten meerlaags zijn?

Ja. De LTCC- en HTCC-co-firingprocessen ondersteunen meer dan 10 lagen met ingebouwde weerstanden, condensatoren, spoelen en verticale interconnecties. DBC- en AMB-substraten bestaan ​​doorgaans uit 1-2 geleidende lagen. DPC ondersteunt 2-4 lagen met doorgeplateerde gaten op aluminiumoxide- of AlN-substraten. Voor complexe meerlaagse ontwerpen kunt u onze mogelijkheden voor meerlaagse keramische printplaten bekijken.

Welke bestanden heb ik nodig om een ​​offerte voor een keramische printplaat te ontvangen?

Complete Gerber-bestanden voor alle lagen, een fabricagetekening met specificatie van het keramische materiaal en de zuiverheidsgraad, substraatdikte en tolerantie, metallisatiemethode, koperdikte, oppervlakteafwerking, maattoleranties, elektrische testcriteria, hoeveelheid en streefleverdatum. Voor turnkey-assemblage voegen we de stuklijst (BOM) en pick-and-place-bestanden toe. Met dit pakket stellen we een offerte op met een gedetailleerde kostenspecificatie per onderdeel. De prijs is afhankelijk van uw ontwerp en we zullen geen schatting maken op basis van een Gerber-bestand dat we niet hebben bekeken.