Услуги по изготовлению керамических печатных плат с упором на качество.

Процесс изготовления керамических печатных плат принципиально отличается от производства плат из материала FR4. В то время как производство FR4 включает ламинирование медной фольги на предварительно изготовленные подложки из смолы и стекла, изготовление керамических плат начинается с заготовки керамических подложек, которые необходимо спекать при температурах выше 1,500 °C, после чего следуют процессы металлизации, которые соединяют проводящие слои с керамической поверхностью химическим или механическим способом.

Это различие означает, что не каждый завод по производству печатных плат может выпускать керамические платы — даже если он указывает это на своем веб-сайте. Понимание того, что на самом деле включает в себя процесс изготовления, помогает инженерам правильно определить свои требования и оценить, подходит ли тот или иной вариант. керамическая печатная плата Поставщик услуг по изготовлению металлоконструкций обладает реальными возможностями для выполнения заказа.

1. Чем отличается изготовление керамических печатных плат от стандартного производства печатных плат?

1.1 Температура процесса

Печатные платы FR4 обрабатываются при температуре ниже 200 °C для ламинирования и 260 °C для пайки оплавлением. Керамические подложки, напротив, спекаются при температуре 850–1,700 °C в зависимости от материала и типа процесса. Для этого требуются специализированные высокотемпературные печи с точным контролем атмосферы — оборудование, которого просто нет у стандартных заводов по производству печатных плат.

1.2 Поведение материала

Керамика хрупкая. В отличие от FR4, который можно сверлить, фрезеровать и обрабатывать стандартными механическими методами, для керамических подложек требуется лазерное сверление для сквозных отверстий, алмазная гравировка или лазерная резка для разделения слоев, а также бережное обращение на протяжении всего производства для предотвращения растрескивания. Одна неправильно обработанная панель может привести к порче всей производственной партии.

1.3 Химия металлизации

Медь не обладает естественной адгезией к керамике. Для создания надежного проводящего слоя требуются специализированные процессы соединения — DBC (прямое медное соединение), трафаретная печать толстых пленок, магнетронное распыление тонких пленок или AMB (пайка активным металлом) — каждый из которых использует различное оборудование, материалы и параметры процесса. Метод металлизации определяет достижимое разрешение дорожек, пропускную способность по току и долговременную надежность готовой платы.

2. Процесс изготовления: пошаговое описание

Обзор 2.1

Типичная последовательность изготовления керамических печатных плат включает в себя:

1. Подготовка основания: Входной контроль необработанных керамических заготовок (чистота, размеры, шероховатость поверхности), последующая очистка и притирка до требуемого профиля поверхности.
2. Металлизация: Нанесение проводящего слоя осуществляется с помощью DBC-склеивания, толстопленочной печати и обжига, тонкопленочного осаждения или процесса AMB.
3. Формирование схем: Фотолитография и травление для определения геометрии трасс на металлизированной поверхности.
4. Через формирование: Лазерное сверление керамической подложки; путем заполнения токопроводящей пастой или нанесения покрытия.
5. Поверхностная обработка: ENIG, твердое золото, Ni/Ag или OSP — выбор зависит от метода сборки и области применения.
6. Сингулирование: Лазерная гравировка, алмазная резка или надрезка для отделения отдельных досок от производственной панели.
7. Осмотр и тестирование: Проверка размеров, проверка электрической целостности/изоляции, визуальный осмотр и проверка надежности в соответствии с требованиями.

2.2 Вариации процесса в зависимости от метода металлизации

Для более подробного ознакомления со спецификой изготовления DBC, см. наш раздел Руководство по производству подложек DBC.

3. Варианты материалов и их влияние на технологический процесс.

Материал керамической подложки определяет не только тепловые и электрические характеристики платы, но и то, какие технологические процессы могут быть использованы:

Для подробного сравнения материалов и рекомендаций по их выбору, воспользуйтесь нашими рекомендациями. руководство по производству печатных плат из оксида алюминия охватывает наиболее распространенный вариант керамической подложки.

4. Критические параметры процесса, определяющие качество печатной платы.

4.1 Контроль температуры спекания/склеивания

Для сварки методом DBC требуется равномерное распределение температуры в печи в пределах ±3–5 °C по всей горячей зоне. Даже небольшие температурные градиенты приводят к неравномерной прочности медно-керамического соединения — прочному в центре и слабому по краям — что может вызвать расслоение при термических циклах.

4.2 Контроль атмосферы

Как DBC-сварка, так и обжиг толстопленочных материалов требуют точного управления атмосферой. При DBC-сварке используется азот с контролируемым содержанием кислорода (обычно 10–50 ppm O₂) для образования границы раздела оксида меди, обеспечивающей сварку. Слишком большое количество кислорода приводит к чрезмерному окислению; слишком малое количество препятствует образованию сварного шва. При обжиге толстопленочных материалов используется азот для предотвращения окисления проводника во время спекания.

4.3 Контроль размеров

Керамические подложки усаживаются в процессе спекания — обычно на 15–20% в зависимости от материала и процесса. Эта усадка должна быть компенсирована при проектировании заготовки (для LTCC/HTCC) или контролироваться путем выбора допусков на подложку для процессов металлизации после обжига. Окончательный допуск на размеры для серийного производства керамических печатных плат обычно составляет ±0.05–0.10 мм.

4.4 Прочность на отрыв

Адгезия между проводником и керамикой, измеряемая методом отслаивания под углом 90° в соответствии со стандартом IPC-TM-650, является наиболее важным показателем качества для надежности керамических печатных плат. При хорошо контролируемом отслаивании достигается значение >8 Н/мм; при неудовлетворительных процессах — 4–5 Н/мм. Укажите минимальные критерии приемки в вашем заказе на покупку.

5. Отделка поверхности и последующая обработка

Выбор типа обработки поверхности зависит от последующего процесса сборки:

• ENIG (химическое никелирование / иммерсионное золочение): Стандартный материал для поверхностного монтажа; обеспечивает плоскую, паяемую поверхность с хорошим сроком хранения. Ni: 3–6 мкм, Au: 0.05–0.1 мкм
• Твердое золото (электролитическое): Необходим для проволочного соединения (золотая или алюминиевая проволока) и в зонах контакта с высоким износом. Золото: 0.5–2.5 мкм на никелевом барьере.
• Ni/Gg: Часто используется для пайки силовых модулей; обеспечивает отличную паяемость и более низкую стоимость по сравнению с золотым покрытием.
• ОСП: Экономичный вариант для конструкций, которые будут собираться вскоре после изготовления; ограниченный срок хранения.

Этапы постобработки могут включать лазерную подгонку значений сопротивления (для толстопленочных цепей), фрезерование полостей для создания углублений в компонентах и ​​снятие фаски с кромок для снижения риска сколов при обращении.

6. Как подготовить проектную документацию для изготовления керамических изделий.

Изготовление керамических печатных плат требует более полной документации, чем стандартные заказы FR4. Ваш пакет документов должен включать:

• ☐ Файлы Gerber (медные слои, трафарет для пайки, шелкография, контур подложки, слои упрочнения/полости, если применимо)
• ☐ Чертеж для изготовления с указанием всех размеров, допусков, перечня материалов и спецификации качества поверхности.
• ☐ Технические характеристики структуры слоев (материал подложки, толщина, метод металлизации, толщина медного слоя)
• ☐ Требования к электрическим испытаниям (целостность цепи, значения сопротивления изоляции)
• ☐ Требования к испытаниям на надежность (количество циклов термического удара, минимальная прочность на отслаивание, диэлектрическая прочность на разрыв)
• ☐ Настройки панельной сборки (или разрешение производителю на оптимизацию)

Отсутствие или неясность технических характеристик являются основной причиной проблем с качеством при изготовлении керамических печатных плат. Вложите время в подготовку документации заранее — это сэкономит недели переписки и потенциальные переделки.

Запросить расчет стоимости изготовления

7. Услуги Highleap по изготовлению керамических печатных плат

Highleap Электроника Компания управляет специализированными линиями по изготовлению керамических печатных плат в Гуанчжоу, Китай, поддерживая полный спектр материалов подложек и процессов металлизации:

• Материалы по теме: Al₂O₃ (96%, 99.6%), AlN, Si₃N₄ — с входным контролем и отслеживанием партии для каждого субстрата.
• Металлизация: DBC (Cu 0.15–0.6 мм), толстая пленка (Ag-Pd, Au), тонкая пленка (напыленная Cu/Au), АМБ
• Допустимые отклонения: Точность размеров ±0.05 мм; возможность лазерной обработки переходных отверстий диаметром до 0.1 мм.
• Поверхностная обработка: ENIG, твердое золото, Ni/Gag, OSP
• Система качества: ISO 9001 + ISO 13485 + IATF 16949 + ISO 14001
• Поддержка DFM: Бесплатный технический анализ каждого заказа с предоставлением конкретных и полезных рекомендаций.

Мы предоставляем услуги только по изготовлению для команд, которые занимаются сборкой отдельно, а также услуги по комплексному изготовлению + Сборка печатной платы для тех, кто предпочитает решение от одного поставщика. Наш группа инженеров по тепловому регулированию Эта услуга поможет оптимизировать выбор подложки и стратегии теплоотвода перед запуском вашего проекта в производство.