ผู้ผลิตและบริการผลิตแผงวงจรพิมพ์เซรามิกแบบสั่งทำพิเศษ

แผ่นวงจรพิมพ์เซรามิกใช้สารตั้งต้นเซรามิกอนินทรีย์ เช่น อลูมินา อะลูมิเนียมไนไตรด์ ซิลิคอนไนไตรด์ แทนสารตั้งต้นไฟเบอร์กลาส-อีพ็อกซีอินทรีย์ที่พบในแผ่น FR4 มาตรฐาน สารตั้งต้นเซรามิกจะยึดติดโดยตรงกับวงจรทองแดงโดยไม่ต้องใช้ฉนวนไดอิเล็กทริกแยกต่างหาก ทำให้เกิดเส้นทางการระบายความร้อนจากชิ้นส่วนไปยังตัวระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพมากกว่า FR4 ถึง 50-500 เท่า ข้อได้เปรียบเชิงโครงสร้างนี้เองที่ทำให้แผ่นวงจรพิมพ์เซรามิกถูกกำหนดให้ใช้ในโมดูลพลังงาน LED ความสว่างสูง วงจรหน้า RF ตัวยึดไดโอดเลเซอร์ และการใช้งานใดๆ ที่การไหลของความร้อน อุณหภูมิในการทำงาน หรืออายุการใช้งานของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเกินกว่าที่ลามิเนตอินทรีย์จะทนได้

Highleap Electronics ผลิตแผงวงจรพิมพ์เซรามิก (PCB) บนพื้นผิวอลูมินา (Al₂O₃), อะลูมิเนียมไนไตรด์ (AlN) และซิลิคอนไนไตรด์ (Si₃N₄) โดยใช้กระบวนการ DBC, DPC, ฟิล์มหนา, ฟิล์มบาง, LTCC และ HTCCนอกจากนี้ เรายังประกอบชิ้นส่วนบนพื้นผิวเซรามิกทั้งหมด ไม่ว่าจะเป็น SMT, การเชื่อมต่อสายไฟ, การติดชิ้นส่วน และการทดสอบทางไฟฟ้า ภายใต้หลังคาเดียวกัน

ขอรับใบเสนอราคาแผงวงจรพิมพ์เซรามิก →

วัสดุรองรับเซรามิกสี่ชนิดและตำแหน่งที่เหมาะสมในการใช้งานแต่ละชนิด

แผงวงจรพิมพ์เซรามิกทุกแผงเริ่มต้นด้วยวัสดุรองรับ วัสดุที่เลือกใช้จะกำหนดค่าการนำความร้อน ความแข็งแรงเชิงกล ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ที่เข้ากันได้กับชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์ และต้นทุนของแผงวงจรสำเร็จรูป Highleap มีสต็อกและแปรรูปวัสดุรองรับเซรามิกเกรดการผลิตทั้งสี่ชนิด

อลูมินา — วัตถุดิบหลักในกระบวนการผลิต

แผ่นวงจรพิมพ์เซรามิกอะลูมินาคิดเป็นสัดส่วนส่วนใหญ่ของการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์เซรามิกทั่วโลก อะลูมินามีจำหน่ายในเกรดความบริสุทธิ์ 96% และ 99.6% ให้การนำความร้อนที่ดี (ดีกว่า FR4 50–100 เท่า) เป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม และมีต้นทุนที่ทำให้สามารถผลิตได้ในปริมาณปานกลาง เราใช้อะลูมินา 96% สำหรับการใช้งาน LED เซ็นเซอร์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังส่วนใหญ่ และใช้อะลูมินา 99.6% เมื่อต้องการความเรียบของพื้นผิวหรือค่าความคลาดเคลื่อนของไดอิเล็กตริกที่เข้มงวดมากขึ้น ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้สำหรับวงจร RF แบบฟิล์มบาง

อะลูมิเนียมไนไตรด์ — ผู้นำด้านประสิทธิภาพทางความร้อน

AlN มีค่าการนำความร้อนสูงกว่าอะลูมินาถึง 7 เท่า และมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ใกล้เคียงกับซิลิคอนมากที่สุดในบรรดาวัสดุเซรามิก (4.5 เทียบกับ 3.0 ppm/°C) ค่า CTE ที่ใกล้เคียงกันนี้เองที่เป็นเหตุผลว่าทำไม AlN จึงถูกเลือกใช้ในงานที่ชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์ยึดติดกับวัสดุรองรับโดยตรง เช่น โมดูลกำลังไฟฟ้า แพ็คเกจไดโอดเลเซอร์ และโมดูล RF 5G ข้อเสียคือต้นทุนที่สูงขึ้นและข้อกำหนดด้านการเคลือบโลหะที่เข้มงวดกว่าทีมวิศวกรด้านการจัดการความร้อน ของเรา จะช่วยคุณพิจารณาว่าการออกแบบของคุณจำเป็นต้องใช้ AlN จริงๆ หรือว่าอะลูมินาที่มีการออกแบบส่วนต่อประสานความร้อนที่ดีกว่าจะสามารถบรรลุเป้าหมายอุณหภูมิรอยต่อเดียวกันได้ในราคาที่ต่ำกว่า

ซิลิคอนไนไตรด์ — เซรามิกที่แข็งแกร่งที่สุดสำหรับการปั่นจักรยานในสภาวะสุดขีด

Si₃N₄ มีความทนทานต่อการแตกหักสูงกว่าอะลูมินาหรือ AlN ถึง 2-3 เท่า ทำให้สามารถทนต่อสภาวะการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (-55 ถึง +250 °C, มากกว่า 30,000 รอบ) ซึ่งวัสดุเซรามิกชนิดอื่นอาจแตกหักได้ จึงกลายเป็นวัสดุพื้นฐานที่ได้รับความนิยมสำหรับโมดูลอิเล็กทรอนิกส์กำลัง SiC และ GaN รุ่นใหม่ ในอินเวอร์เตอร์สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าและมอเตอร์ขับเคลื่อนในอุตสาหกรรม กระบวนการผลิต Si₃N₄ ส่วนใหญ่ใช้การเชื่อมโลหะแบบ AMB (active metal brazing)

เบริลเลียมออกไซด์ — สารประสิทธิภาพสูงดั้งเดิม แต่มีข้อจำกัดในการใช้งาน

BeO มีค่าการนำความร้อนสูงที่สุดในบรรดาวัสดุเซรามิกสำหรับแผงวงจรพิมพ์ (PCB) แต่ความเป็นพิษของวัตถุดิบ (ฝุ่นเบริลเลียมเป็นอันตรายร้ายแรงต่อการสูดดม) ทำให้การใช้งานถูกจำกัดเฉพาะในกรณีที่ไม่มีวัสดุอื่นมาทดแทนได้ โดยส่วนใหญ่จะเป็นโครงการด้านอวกาศและการป้องกันประเทศในอดีตที่มีระเบียบปฏิบัติในการจัดการที่กำหนดไว้แล้ว ปัจจุบันการออกแบบใหม่ๆ มักระบุให้ใช้ AlN หรือ Si₃N₄ แทนมากขึ้น

กระบวนการผลิตเจ็ดอย่าง: ทองแดงเข้าไปอยู่ในเซรามิกได้อย่างไร

วัสดุพื้นผิวเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางความร้อนของแผงวงจรพิมพ์เซรามิก ส่วนกระบวนการเคลือบโลหะเป็นตัวกำหนดความสามารถทางไฟฟ้า เช่น ความละเอียดของลายวงจร ความหนาของทองแดง จำนวนชั้น และความแข็งแรงของพันธะทองแดง-เซรามิก Highleap รองรับกระบวนการเคลือบโลหะระดับการผลิตทั้งเจ็ดแบบ

DBC — ทองแดงเชื่อมติดโดยตรง

DBC เชื่อมแผ่นฟอยล์ทองแดงหนา (0.15–0.6 มม.) เข้ากับเซรามิกผ่านปฏิกิริยาออกซิเดชันที่ควบคุมได้ที่อุณหภูมิประมาณ 1,065 °C อินเตอร์เฟซทองแดง-เซรามิกที่ได้มีค่าความต้านทานความร้อนต่ำมากและรองรับบัสบาร์กระแสสูงสำหรับโมดูลกำลัง IGBT และ MOSFET DBC เป็นมาตรฐานที่ได้รับการยอมรับสำหรับพื้นผิวเซรามิกของโมดูลกำลังทั้งบนอะลูมินาและ AlN ข้อจำกัด: ความกว้างของลายวงจรขั้นต่ำโดยทั่วไปอยู่ที่ 0.3–0.5 มม. เนื่องจากทองแดงมีความหนา และความคมชัดของขอบจะหยาบกว่า DPC

DPC — ทองแดงชุบโดยตรง

กระบวนการ DPC ใช้เทคนิคการสปัตเตอร์เพื่อสร้างชั้นรองพื้นไทเทเนียม/ทองแดงบางๆ ลงบนพื้นผิวเซรามิกภายใต้สภาวะสุญญากาศ จากนั้นจึงชุบทองแดงให้มีความหนาตามเป้าหมาย (โดยทั่วไป 5–140 ไมโครเมตร) โดยใช้กระบวนการโฟโตลิโทกราฟีและการชุบด้วยไฟฟ้าแบบมาตรฐาน กระบวนการนี้ให้ความละเอียดของเส้นสูง (เส้น/ช่องว่างละเอียดถึง 50/50 ไมโครเมตร) และรองรับการชุบแบบทะลุรูและแบบ vias ทำให้เป็นกระบวนการเคลือบโลหะที่ใช้งานได้หลากหลายที่สุดสำหรับงานออกแบบวงจรที่ซับซ้อน DPC เป็นกระบวนการมาตรฐานสำหรับแพ็คเกจ LED ความหนาแน่นสูง วงจร RF บนอะลูมินา และการออกแบบ PCB เซรามิกใดๆ ที่ต้องการเส้นควบคุมอิมพีแดนซ์

AMB — การเชื่อมประสานโลหะแบบแอคทีฟ

AMB เชื่อมต่อทองแดงกับเซรามิกโดยใช้โลหะผสมประสานแบบแอคทีฟ (โดยทั่วไปคือ Ag-Cu-Ti) ที่อุณหภูมิ 800–900 °C ภายใต้สภาวะสุญญากาศ ธาตุไทเทเนียมที่ออกฤทธิ์จะเคลือบพื้นผิวเซรามิก ทำให้เกิดพันธะทางโลหะวิทยาที่แข็งแรงกว่า DBC ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับพื้นผิว Si₃N₄ ที่กระบวนการออกซิเดชัน DBC มาตรฐานไม่สามารถสร้างพันธะที่เชื่อถือได้ AMB รองรับความหนาของทองแดงได้ถึง 800 µm และเป็นเทคโนโลยีหลักสำหรับโมดูลเซมิคอนดักเตอร์กำลัง SiC/GaN รุ่นต่อไป

ฟิล์มหนา

แผงวงจรพิมพ์เซรามิกแบบฟิล์มหนาใช้สารนำไฟฟ้าแบบพิมพ์สกรีน (เงิน ทอง เงิน-แพลเลเดียม) ที่เผาที่อุณหภูมิ 850–900 °C กระบวนการนี้ช่วยให้สามารถพิมพ์ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุลงบนพื้นผิวได้โดยตรง ซึ่งช่วยลดการใช้อุปกรณ์พาสซีฟแบบแยกชิ้นในวงจรไฮบริด กระบวนการผลิตแผงวงจรพิมพ์เซรามิกแบบฟิล์มหนาเป็นกระบวนการที่คุ้มค่าที่สุดสำหรับงานที่ใช้กระแสไฟฟ้าปานกลางและมีขนาดชิ้นส่วนขนาดใหญ่ (ความกว้างของเส้นขั้นต่ำโดยทั่วไปอยู่ที่ 100–150 µm) เป็นมาตรฐานสำหรับเซ็นเซอร์ในรถยนต์ ระบบควบคุมอุตสาหกรรม และไมโครอิเล็กทรอนิกส์แบบไฮบริด

ฟิล์มบาง

แผ่นวงจรพิมพ์เซรามิกแบบฟิล์มบางใช้การเคลือบโลหะด้วยวิธีการสปัตเตอร์หรือการระเหย จากนั้นจึงสร้างลวดลายด้วยกระบวนการโฟโตลิโทกราฟี ซึ่งทำให้ได้ความละเอียดสูงที่สุดในบรรดากระบวนการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์เซรามิกทั้งหมด (ความละเอียดของเส้น/ช่องว่างอยู่ที่ 10/10 µm) ฟิล์มบางนี้เหมาะสำหรับตัวกรอง RF ที่มีความแม่นยำสูง วงจรไมโครเวฟ และการใช้งานความถี่สูง ซึ่งรูปทรงของเส้นทางวงจรควบคุมค่าอิมพีแดนซ์และการสูญเสียการแทรกโดยตรง ความหนาของทองแดงมีจำกัด (โดยทั่วไปต่ำกว่า 5 µm) การออกแบบที่ต้องการกระแสไฟฟ้าสูงกว่าจะผสมผสานการสร้างลวดลายฟิล์มบางเข้ากับการชุบโลหะในภายหลัง (วิธีการ DPC)

LTCC — เซรามิกเผาที่อุณหภูมิต่ำ

เทคโนโลยี LTCC ใช้ความร้อนสูงในการเผาชั้นเทปเซรามิกที่มีตัวนำเงินหรือทองฝังอยู่ภายใน ที่อุณหภูมิ 850–900 °C ทำให้ได้แผ่นวงจรพิมพ์เซรามิกหลายชั้น (10 ชั้นขึ้นไป) ที่มีรูเชื่อมต่อ ช่องว่าง และส่วนประกอบแบบพาสซีฟฝังอยู่ภายใน เทคโนโลยี LTCC เป็นมาตรฐานสำหรับโมดูล RF ขนาดกะทัดรัด ส่วนหน้าของคลื่นมิลลิเมตร (เรดาร์รถยนต์ เสาอากาศ 5G) และการออกแบบใดๆ ที่ต้องการความหนาแน่นของการเชื่อมต่อแบบสามมิติในบรรจุภัณฑ์เซรามิกแบบปิดสนิทความสามารถในการผลิต LTCC และ HTCC ของเรา ครอบคลุมทั้งปริมาณการผลิตต้นแบบและปริมาณการผลิตจำนวนมาก

HTCC — เซรามิกเผาผนึกร่วมที่อุณหภูมิสูง

HTCC ใช้กระบวนการเผาที่อุณหภูมิ 1,500–1,800 °C โดยใช้ตัวนำทังสเตนหรือโมลิบเดนัม (ทองและเงินไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิเหล่านี้ได้) HTCC ผลิตวัสดุพื้นฐานที่มีความแข็งแรงทางโครงสร้างและความทนทานต่อสารเคมีสูงสุด ซึ่งเหมาะสำหรับบรรจุภัณฑ์แบบปิดสนิท อุปกรณ์ใต้ดิน และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในสภาพแวดล้อมสุดขั้ว ข้อเสียคือค่าการนำไฟฟ้าของตัวนำต่ำกว่า (ทังสเตนและโมลิบเดนัมมีความต้านทานสูงกว่าทองแดงหรือเงิน 3–5 เท่า) และค่าใช้จ่ายในการผลิตที่สูงกว่า

การเลือกแผ่นวงจรพิมพ์เซรามิกที่เหมาะสมสำหรับงานของคุณ

โครงการส่วนใหญ่จะเลือกใช้การผสมผสานระหว่างวัสดุและกระบวนการ 5 แบบ โดยการเลือกนั้นขึ้นอยู่กับข้อจำกัดในการออกแบบ เช่น กระแสไฟฟ้า การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ความละเอียดของวงจร ความถี่ หรือต้นทุน

ตารางแสดงขีดความสามารถในการผลิตของ Highleap

วิธีการระบุและสั่งซื้อแผงวงจรพิมพ์เซรามิก

ข้อมูลจำเพาะที่ไม่ครบถ้วนเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้การเสนอราคาล่าช้าและเกิดปัญหาที่ไม่คาดคิดในขั้นตอนการผลิตชิ้นงานแรกในโครงการผลิตแผงวงจรพิมพ์เซรามิก ต่างจากแผงวงจรพิมพ์ FR4 ที่ค่าเริ่มต้นครอบคลุมกรณีส่วนใหญ่ แผงวงจรพิมพ์เซรามิกจำเป็นต้องระบุรายละเอียดอย่างชัดเจนในทุกพารามิเตอร์ เนื่องจากไม่มีค่าเริ่มต้นที่เป็นมาตรฐานในอุตสาหกรรม

เอกสารเสนอราคาแผงวงจรพิมพ์เซรามิกของคุณควรประกอบด้วย:

หากคุณไม่แน่ใจเกี่ยวกับการเลือกวัสดุหรือกระบวนการผลิต โปรดส่งสิ่งที่คุณมีอยู่มาให้ทีมวิศวกรของเรา ทีมวิศวกรของเราจะตรวจสอบด้วยเอกสาร DFM และให้คำแนะนำเกี่ยวกับวัสดุโดยพิจารณาจากข้อกำหนดด้านความร้อน ไฟฟ้า และกลไกของคุณ ก่อนที่คุณจะตัดสินใจเลือกโครงสร้างใดโครงสร้างหนึ่ง

คำถามที่พบบ่อย (FAQs)

วัสดุพื้นผิวใดบ้างที่สามารถนำมาใช้กับแผงวงจรพิมพ์เซรามิกได้?

วัสดุรองรับ PCB เซรามิกเกรดการผลิตสี่ชนิด ได้แก่ อลูมินา (Al₂O₃) ที่มีค่าการนำความร้อน 24–28 W/m·K, อะลูมิเนียมไนไตรด์ (AlN) ที่ 170–200 W/m·K, ซิลิคอนไนไตรด์ (Si₃N₄) ที่ 80–90 W/m·K ซึ่งมีความทนทานต่อการแตกหักสูงสุด และเบริลเลียมออกไซด์ (BeO) ที่ 250–300 W/m·K สำหรับการใช้งานกำลังสูงแบบดั้งเดิม อลูมินาเหมาะสำหรับงานส่วนใหญ่ด้วยต้นทุนที่ต่ำที่สุด; AlN เหมาะสำหรับโมดูลกำลังสูงที่ค่าการนำความร้อนเป็นข้อจำกัดที่สำคัญ; Si₃N₄ เหมาะสำหรับงานที่ความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและความแข็งแรงทางกลมีความสำคัญที่สุด เช่น อินเวอร์เตอร์ SiC/GaN สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า เป็นต้น

ความแตกต่างระหว่าง PCB เซรามิกแบบ DBC, DPC และ AMB คืออะไร?

DBC เชื่อมทองแดงหนา (0.15–0.6 มม.) เข้ากับเซรามิกที่อุณหภูมิประมาณ 1,065 °C ผ่านกระบวนการออกซิเดชันที่ควบคุมได้ — เหมาะที่สุดสำหรับโมดูลกำลังไฟฟ้ากระแสสูงบนอะลูมินาและ AlN DPC เคลือบชั้นทองแดงบางๆ ด้วยวิธีการสปัตเตอร์ แล้วจึงเคลือบให้ได้ความหนาตามต้องการ — เหมาะที่สุดสำหรับวงจรเส้นเล็ก ไฟ LED และการออกแบบ RF AMB บัดกรีทองแดงที่อุณหภูมิ 800–900 °C โดยใช้สารตัวเติมโลหะที่ใช้งานได้ — เหมาะที่สุดสำหรับพื้นผิว Si₃N₄ และการใช้งานใดๆ ที่ต้องการการยึดติดระหว่างทองแดงกับเซรามิกที่แข็งแรงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างมาก ดูรายละเอียดกระบวนการ DBC ของเรา สำหรับการเปรียบเทียบทางเทคนิคที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น

ราคาของแผ่นวงจรพิมพ์เซรามิกสูงกว่าแผ่นวงจรพิมพ์ FR4 มากน้อยแค่ไหน?

โดยทั่วไปแล้ว แผงวงจรพิมพ์เซรามิกจะมีราคาสูงกว่าแผงวงจร FR4 ที่เทียบเท่ากันถึง 5-50 เท่า ขึ้นอยู่กับวัสดุพื้นผิว กระบวนการเคลือบโลหะ ขนาดแผงวงจร และปริมาณการสั่งซื้อ แผ่นฟิล์มหนาอลูมินาเป็นตัวเลือกเซรามิกที่ราคาประหยัดที่สุด ส่วนแผ่น AlN และ Si₃N₄ AMB มีราคาสูงที่สุด ราคาที่แน่นอนขึ้นอยู่กับการออกแบบเฉพาะของคุณ ราคาของแผ่นยึด LED DPC ขนาด 10 มม. × 10 มม. ที่ทำจากอลูมินาจะแตกต่างจากแผ่นยึดโมดูลจ่ายไฟ DBC ขนาด 50 มม. × 80 มม. ที่ทำจาก AlN อย่างมาก โปรดส่งไฟล์ Gerber ของคุณเพื่อรับใบเสนอราคาที่แม่นยำตามการออกแบบจริงของคุณ สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับปัจจัยที่ส่งผลต่อราคาแผงวงจรพิมพ์เซรามิก โปรดดูการวิเคราะห์ต้นทุนแผงวงจรพิมพ์เซรามิก ของเรา

แผ่นวงจรพิมพ์เซรามิกสามารถทำเป็นแบบหลายชั้นได้หรือไม่?

ใช่แล้ว กระบวนการเผาผนึกร่วม LTCC และ HTCC รองรับชั้นวัสดุมากกว่า 10 ชั้น พร้อมตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ ตัวเหนี่ยวนำ และตัวเชื่อมต่อแนวตั้งแบบฝังตัว โดยทั่วไปแล้ว แผ่นรองพื้น DBC และ AMB จะมีชั้นนำไฟฟ้า 1-2 ชั้น ส่วน DPC รองรับ 2-4 ชั้น พร้อมรูทะลุชุบโลหะบนแผ่นรองพื้นอะลูมินาหรือ AlN สำหรับการออกแบบหลายชั้นที่ซับซ้อน โปรดดูความสามารถด้าน PCB เซรามิกหลายชั้น ของเรา

ฉันต้องเตรียมไฟล์อะไรบ้างเพื่อขอใบเสนอราคาสำหรับแผงวงจรพิมพ์เซรามิก?

ไฟล์ Gerber ที่สมบูรณ์สำหรับทุกเลเยอร์ ภาพวาดการผลิตที่ระบุวัสดุเซรามิกและเกรดความบริสุทธิ์ ความหนาและความคลาดเคลื่อนของวัสดุรองรับ วิธีการเคลือบโลหะ ความหนาของทองแดง การตกแต่งพื้นผิว ความคลาดเคลื่อนของมิติ เกณฑ์การทดสอบทางไฟฟ้า จำนวน และวันที่ส่งมอบเป้าหมาย สำหรับการประกอบแบบครบวงจร ให้เพิ่มไฟล์ BOM และไฟล์ pick-and-place ด้วยแพ็กเกจนี้ เราจะออกใบเสนอราคาพร้อมรายละเอียดต้นทุนแยกตามรายการ — ราคาขึ้นอยู่กับการออกแบบจริงของคุณ และเราจะไม่คาดเดาตัวเลขสำหรับชุดไฟล์ Gerber ที่เรายังไม่ได้ตรวจสอบ