Tillverkare och tillverkningstjänst för anpassade keramiska PCB:er

Keramiska kretskort använder oorganiska keramiska substrat – aluminiumoxid, aluminiumnitrid, kiselnitrid – istället för den organiska glasfiberepoxi som finns i vanliga FR4-kort. Det keramiska substratet binds direkt till kopparkretsar utan ett separat dielektriskt isoleringsskikt, vilket skapar en termisk väg från komponent till kylfläns som är 50–500 gånger effektivare än FR4. Denna strukturella fördel är anledningen till att keramiska kretskort är specificerade för kraftmoduler, högljudda lysdioder, RF-frontends, laserdiodsubmonteringar och alla tillämpningar där värmeflöde, driftstemperatur eller termisk livslängd överstiger vad organiska laminat kan överleva.

Highleap Electronics tillverkar keramiska kretskort på aluminiumoxid (Al₂O₃), aluminiumnitrid (AlN) och kiselnitrid (Si₃N₄) substrat med hjälp av DBC-, DPC-, tjockfilms-, tunnfilms-, LTCC- och HTCC- processer. Vi monterar även komponenter på keramiska substrat – SMT, trådbindning, die-attachment och elektrisk testning – under ett och samma tak.

Få en offert på en keramisk PCB →

Fyra keramiska substratmaterial och var varje material passar in

Varje keramiskt kretskort börjar med substratet. Det valda materialet avgör värmeledningsförmågan, den mekaniska hållfastheten, CTE-matchningen till halvledarskivan och kostnaden för det färdiga kortet. Highleap lagerför och bearbetar alla fyra keramiska substrat av produktionskvalitet.

Aluminiumoxid – produktionens arbetshäst

Keramik-kretskort av aluminiumoxid står för majoriteten av den globala produktionen av keramiska kretskort. Aluminiumoxid finns i 96 % och 99.6 % renhetsgrader och erbjuder praktisk värmeledningsförmåga (50–100 gånger bättre än FR4), utmärkt elektrisk isolering och en kostnadsnivå som gör den lämplig för produktionsserier i måttliga volymer. Vi använder 96 % aluminiumoxid för de flesta LED-, sensor- och kraftelektronikapplikationer, och 99.6 % aluminiumoxid när snävare ytjämnhet eller dielektriska toleranser krävs – vanligtvis för tunnfilms-RF-kretsar.

Aluminiumnitrid – ledaren inom termisk prestanda

AlN har 7 gånger högre värmeledningsförmåga än aluminiumoxid och den närmaste CTE-matchningen till kisel bland keramiska substrat (4.5 vs. 3.0 ppm/°C). Denna CTE-matchning är anledningen till att AlN specificeras överallt där halvledarskivor är direkt bundna till substratet – kraftmoduler, laserdiodkapslar och 5G RF-moduler. Avvägningen är kostnad och mer krävande metalliseringskrav. Vårt tekniska stöd för termisk hantering hjälper till att avgöra om din design verkligen kräver AlN eller om aluminiumoxid med bättre termisk gränssnittsdesign skulle uppnå samma övergångstemperaturmål till lägre kostnad.

Kiselnitrid – den tuffaste keramiken för extrem cykling

Si₃N₄ har 2–3 gånger högre brottseghet än aluminiumoxid eller AlN, vilket gör att det kan överleva termiska cykler (–55 till +250 °C, 30 000+ cykler) som orsakar sprickbildning i andra keramiska substrat. Det har blivit det självklara substratet för nästa generations SiC- och GaN- kraftelektronikmoduler i växelriktare för elbilar och industriella motordrivningar. Si₃N₄ bearbetas nästan uteslutande med AMB-metallisering (aktiv metalllödning).

Berylliumoxid – äldre högpresterande, begränsad användning

BeO erbjuder den högsta värmeledningsförmågan av alla keramiska kretskortsmaterial, men dess råmaterialtoxicitet (berylliumdamm är en allvarlig inandningsrisk) begränsar det till tillämpningar där det inte finns någon ersättning – främst äldre flyg- och försvarsprogram med etablerade hanteringsprotokoll. Nya konstruktioner specificerar i allt högre grad AlN eller Si₃N₄ istället.

Sju tillverkningsprocesser: Hur koppar kommer in i keramik

Substratmaterialet definierar de termiska egenskaperna hos ett keramiskt kretskort. Metalliseringsprocessen definierar den elektriska kapaciteten – spårupplösning, koppartjocklek, lagerantal och styrkan hos koppar-keramikbindningen. Highleap stöder alla sju metalliseringsprocesser av produktionskvalitet.

DBC — Direktbunden koppar

DBC binder tjock kopparfolie (0.15–0.6 mm) till keramik genom en kontrollerad oxidationsreaktion vid cirka 1 065 °C. Det resulterande koppar-keramik-gränssnittet har extremt låg värmeresistans och stöder högströmsskenor för IGBT- och MOSFET-kraftmoduler. DBC är den etablerade standarden för keramiska substrat för kraftmoduler på både aluminiumoxid och AlN. Begränsning: minsta spårbredd är vanligtvis 0.3–0.5 mm på grund av den tjocka kopparen, och kantdefinitionen är grövre än DPC.

DPC — Direktpläterad koppar

DPC sputterar ett tunt titan-/kopparfrölager på den keramiska ytan under vakuum och pläterar sedan koppar till önskad tjocklek (vanligtvis 5–140 µm) med hjälp av standardfotolitografi och elektroplätering. Processen uppnår fin linjeupplösning (spår/mellanrum ner till 50/50 µm) och stöder pläterade genomgående hål och vior – vilket gör den till den mest mångsidiga metalliseringen för komplexa kretsdesigner. DPC är standardprocessen för högdensitets-LED-kapslar, RF-kretsar på aluminiumoxid och alla keramiska kretskortsdesigner som kräver impedanskontrollerade spår.

AMB — Aktiv metalllödning

AMB sammanfogar koppar med keramik med hjälp av en aktiv lödlegering (vanligtvis Ag-Cu-Ti) vid 800–900 °C under vakuum. Det aktiva titanelementet väter den keramiska ytan och skapar en metallurgisk bindning som är starkare än DBC – särskilt viktigt för Si₃N₄-substrat där standard DBC-oxidationsprocessen inte bildar en tillförlitlig bindning. AMB stöder koppartjocklekar upp till 800 µm och är den dominerande tekniken för nästa generations SiC/GaN-krafthalvledarmoduler.

Tjock film

Tjockfilms-keramiska kretskort använder screentryckta ledande pastor (silver, guld, silver-palladium) sintrade vid 850–900 °C. Processen möjliggör tryckta motstånd och kondensatorer direkt på substratet – vilket eliminerar diskreta passiva komponenter i hybridkretsar. Tjockfilm är den mest kostnadseffektiva keramiska kretskortsprocessen för tillämpningar med medelhög strömstyrka och större funktionsstorlekar (minsta linjebredd vanligtvis 100–150 µm). Standard för fordonssensorer, industriella kontroller och hybridmikroelektronik.

Tunn film

Tunnfilms-keramiska kretskort avsätter metall genom sputtering eller avdunstning, och mönstras sedan med fotolitografi – vilket ger den finaste upplösningen av alla keramiska kretskortsprocesser (linje/mellanrum ner till 10/10 µm). Tunnfilm är specificerad för precisions-RF-filter, mikrovågskretsar och högfrekventa applikationer där spårgeometri direkt styr impedans och insättningsförlust. Koppartjockleken är begränsad (vanligtvis under 5 µm); konstruktioner som kräver högre ström kombinerar tunnfilmsmönstring med efterföljande plätering (DPC-metoden).

LTCC — Lågtemperatur-sameldad keramik

LTCC avfyrar keramiska tejplager med inbäddade silver- eller guldledare vid 850–900 °C, vilket producerar flerskiktade keramiska kretskort (10+ lager) med integrerade vior, kaviteter och inbäddade passiva komponenter. LTCC är standarden för kompakta RF-moduler, mmWave-gränssnitt (fordonsradar, 5G-antenner) och alla designer som kräver tredimensionell sammankopplingstäthet i ett hermetiskt keramiskt paket. Våra LTCC- och HTCC-kapaciteter täcker både prototyp- och produktionsvolymer.

HTCC — Högtemperatur-sameldad keramik

HTCC brinner vid 1 500–1 800 °C med volfram- eller molybdenledare (guld och silver klarar inte dessa temperaturer). HTCC producerar substrat med högsta strukturella hållfasthet och kemiska resistans – specificerade för hermetiska kapslar, borrhålsinstrument och elektronik i extrema miljöer. Nackdelen är lägre ledarledningsförmåga (W och Mo har 3–5 gånger högre resistivitet än Cu eller Ag) och dyrare verktyg.

Att välja rätt keramisk kretskort för din applikation

De flesta projekt landar på en av fem material-process-kombinationer. Valet styrs av bindningsbegränsningen i konstruktionen – ström, termisk cykling, spårupplösning, frekvens eller kostnad.

Highleap tillverkningskapacitetstabell

Hur man specificerar och beställer keramiska kretskort

Ofullständiga specifikationer är den främsta orsaken till offertförseningar och överraskningar i första artikeln i keramiska kretskortsprojekt. Till skillnad från FR4-beställningar där standardvärden täcker de flesta fall kräver keramiska kretskort explicit specifikation för varje parameter eftersom det inte finns några branschstandardstandarder.

Ditt offertpaket för keramiska kretskort bör innehålla:

Om du är osäker på material- eller processval, skicka in det du har. Vårt ingenjörsteam tillhandahåller DFM-granskning och materialrekommendationer baserat på dina termiska, elektriska och mekaniska krav – innan du bestämmer dig för en specifik konstruktion.

Vanliga frågor om partihandel med mat och dryck

Vilka substratmaterial finns tillgängliga för keramiska kretskort?

De fyra keramiska kretskortssubstraten av produktionskvalitet är aluminiumoxid (Al₂O₃) med värmeledningsförmåga på 24–28 W/m·K, aluminiumnitrid (AlN) vid 170–200 W/m·K, kiselnitrid (Si₃N₄) vid 80–90 W/m·K med högsta brottseghet och berylliumoxid (BeO) vid 250–300 W/m·K för äldre högeffektsapplikationer. Aluminiumoxid hanterar de flesta applikationer till lägsta kostnad; AlN används för högeffektsmoduler där värmeledningsförmåga är den bindande begränsningen; Si₃N₄ specificeras där termisk cyklisk uthållighet och mekanisk robusthet är viktigast – till exempel SiC/GaN EV-växelriktare.

Vad är skillnaden mellan DBC-, DPC- och AMB-keramiska kretskort?

DBC binder tjock koppar (0.15–0.6 mm) till keramik vid cirka 1 065 °C genom en kontrollerad oxidationsprocess – bäst för högströmsmoduler på aluminiumoxid och AlN. DPC avsätter ett tunt kopparfrölager genom att sputtra och sedan plattas till önskad tjocklek – bäst för finlinjekretsar, lysdioder och RF-konstruktioner. AMB löder koppar vid 800–900 °C med ett aktivt metallfyllmedel – bäst för Si₃N₄-substrat och alla tillämpningar som kräver starkast möjliga koppar-keramikbindning och extrem termisk cyklingstålighet. Se våra DBC-processdetaljer för en djupare teknisk jämförelse.

Hur mycket kostar keramiska kretskort jämfört med FR4?

Keramiska kretskort kostar vanligtvis 5–50 gånger så mycket som motsvarande FR4-kort beroende på substratmaterial, metalliseringsprocess, kortstorlek och orderkvantitet. Tjockfilm av aluminiumoxid är det mest prisvärda keramiska alternativet. AlN och Si₃N₄ AMB har den högsta premien. Den exakta prissättningen beror helt på din specifika design – en 10 mm × 10 mm aluminiumoxid DPC LED-undermontering kostar väldigt annorlunda än ett 50 mm × 80 mm AlN DBC-kraftmodulsubstrat. Skicka in dina Gerber-filer för en korrekt offert baserad på din faktiska design. För mer information om vad som driver prissättningen av keramiska kretskort, se vår kostnadsanalys av keramiska kretskort.

Kan keramiska kretskort vara flerskiktade?

Ja. LTCC- och HTCC-sambränningsprocesser stöder 10+ lager med inbäddade motstånd, kondensatorer, induktorer och vertikala kopplingar. DBC- och AMB-substrat har vanligtvis 1–2 ledande lager. DPC stöder 2–4 lager med pläterade genomgående hål på aluminiumoxid- eller AlN-substrat. För komplexa flerskiktsdesigner, se våra möjligheter till flerskikts keramiska PCB.

Vilka filer behöver jag för att få en offert på en keramisk PCB?

Kompletta Gerber-filer för alla lager, en tillverkningsritning som specificerar keramiskt material och renhetsgrad, substrattjocklek och tolerans, metalliseringsmetod, koppartjocklek, ytfinish, dimensionstoleranser, elektriska testkriterier, kvantitet och målleveransdatum. För nyckelfärdig montering, lägg till stycklista och pick-and-place-filer. Med det paketet utfärdar vi en offert med kostnadsfördelning per rad – priset beror på din faktiska design, och vi kommer inte att gissa ett nummer för en Gerber-uppsättning som vi inte har granskat.