Послуги з виготовлення керамічних друкованих плат, орієнтовані на якість плати

Послуги з виготовлення керамічних друкованих плат дотримуються принципово іншого процесу, ніж виробництво плат FR4. У той час як виробництво FR4 включає ламінування мідної фольги на попередньо виготовлені підкладки зі смоли та скловолокна, виготовлення кераміки починається з необроблених керамічних підкладок, які потребують спікання за температур понад 1,500°C, а потім процесів металізації, які з'єднують провідні шари з керамічною поверхнею за допомогою хімічних або механічних засобів.

Ця різниця означає, що не кожен завод з виробництва друкованих плат може виробляти керамічні плати, навіть якщо вони вказують це на своєму веб-сайті. Розуміння того, що насправді входить до процесу виготовлення, допомагає інженерам правильно визначити свої вимоги та оцінити, чи керамічна друкована плата постачальник послуг з виготовлення має реальні можливості для виконання робіт.

1. Чим виготовлення керамічних друкованих плат відрізняється від стандартного виробництва друкованих плат

1.1 Температура процесу

Друковані плати FR4 обробляються за температури нижче 200°C для ламінування та 260°C для паяння оплавленням. Керамічні підкладки, навпаки, спікаються за температури 850–1,700°C залежно від матеріалу та типу процесу. Для цього потрібні спеціалізовані високотемпературні печі з точним контролем атмосфери — обладнання, якого просто немає на стандартних заводах з виробництва друкованих плат.

1.2 Поведінка матеріалу

Кераміка крихка. На відміну від FR4, який можна свердлити, фрезерувати та обробляти стандартними механічними процесами, керамічні основи вимагають лазерного свердління для перехідних отворів, алмазного нарізання або лазерного різання для розділення, а також ретельного поводження протягом усього виробництва, щоб запобігти розтріскуванню. Одна неправильно оброблена панель може призвести до браку всієї виробничої партії.

1.3 Хімія металізації

Мідь природним чином не прилипає до кераміки. Створення надійного провідного шару вимагає спеціалізованих процесів з'єднання — DBC (пряме з'єднання міді), товстоплівкового трафаретного друку, тонкоплівкового напилення або AMB (активна металева пайка) — кожен з яких використовує різне обладнання, матеріали та параметри процесу. Метод металізації визначає досяжну роздільну здатність траєкторії, струмопровідну здатність та довгострокову надійність готової плати.

2. Процес виготовлення: крок за кроком

Огляд 2.1

Типова послідовність виготовлення керамічної друкованої плати включає:

1. Підготовка основи: Вхідний контроль сирих керамічних заготовок (чистота, розміри, шорсткість поверхні) з подальшим очищенням та доведенням до необхідного профілю поверхні
2. Металізація: Нанесення провідного шару за допомогою DBC-скріплення, товстоплівкового друку та випалювання, тонкоплівкового осадження або процесу AMB
3. Схема формування схеми: Фотолітографія та травлення для визначення геометрії слідів на металізованій поверхні
4. Через формування: Лазерне свердління керамічної підкладки шляхом заповнення струмопровідною пастою або покриття
5. Оздоблення поверхні: ENIG, тверде золото, Ni/Ag або OSP — вибирається залежно від методу складання та застосування
6. Одинарність: Лазерне розрізання, алмазне різання або розрізання для відділення окремих дощок від виробничої панелі
7. Перевірка та тестування: Перевірка розмірів, випробування електричної цілісності/ізоляції, візуальний огляд та випробування надійності, як зазначено

2.2 Варіації процесу залежно від методу металізації

Для детального ознайомлення з виготовленням, специфічним для DBC, див. наш Керівництво з виробництва підкладки DBC.

3. Варіанти матеріалів та їх вплив на маршрутизацію процесу

Матеріал керамічної підкладки визначає не лише теплові та електричні характеристики плати, але й те, які процеси виготовлення можна використовувати:

Для детального порівняння матеріалів та рекомендацій щодо вибору, зверніться до нашої Керівництво з виробництва друкованих плат з глинозему охоплює найпоширеніший варіант керамічної підкладки.

4. Критичні параметри процесу, що визначають якість плати

4.1 Контроль температури спікання / склеювання

Для з'єднання DBC потрібна рівномірність температури печі в межах ±3–5°C по всій гарячій зоні. Навіть невеликі градієнти температури призводять до нерівномірної міцності з'єднання міді та кераміки — сильної в центрі, слабкої по краях — що призводить до розшарування під час термоциклування.

4.2 Контроль атмосфери

Як для з'єднання DBC, так і для випалювання товстих плівок потрібні точне керування атмосферою. Для з'єднання DBC використовується азот із контрольованим вмістом кисню (зазвичай 10–50 ppm O₂) для формування інтерфейсу оксиду міді, що забезпечує з'єднання. Занадто багато кисню призводить до надмірного окислення; занадто мало запобігає утворенню зв'язку. Для випалювання товстих плівок використовується азот для запобігання окисленню провідника під час спікання.

4.3 Контроль розмірів

Керамічні підкладки стискаються під час спікання — зазвичай на 15–20% залежно від матеріалу та процесу. Цю усадку необхідно компенсувати в конструкції «зеленої стрічки» (для LTCC/HTCC) або контролювати за допомогою допусків вибору підкладки для процесів металізації після випалу. Кінцевий розмірний допуск для виробничих керамічних друкованих плат зазвичай становить ±0.05–0.10 мм.

4.4 Міцність на відрив

Адгезія між провідником і керамікою, виміряна за допомогою тесту на відшарування під кутом 90° згідно з IPC-TM-650, є найважливішим показником якості для надійності керамічної друкованої плати. Добре контрольована адгезія DBC досягає >8 Н/мм; граничні процеси забезпечують 4–5 Н/мм. Вкажіть мінімальні критерії прийнятності у вашому замовленні на придбання.

5. Обробка поверхні та подальша обробка

Вибір обробки поверхні залежить від подальшого процесу складання:

• ENIG (безструмне нікельування / іммерсійне золото): Стандарт для поверхневого монтажу; забезпечує плоску, паяльну поверхню з добрим терміном зберігання. Ni: 3–6 мкм, Au: 0.05–0.1 мкм
• Тверде золото (електролітичне): Необхідний для з'єднання дротів (золотий або алюмінієвий дріт) та контактних ділянок з високим рівнем зносу. Au: 0.5–2.5 мкм над нікелевим бар'єром.
• Ni/Ag: Звичайне паяння силових модулів; забезпечує чудову паяність та нижчу вартість, ніж золоті покриття
• OSP: Економічний варіант для конструкцій, які будуть зібрані невдовзі після виготовлення; обмежений термін зберігання

Етапи постобробки можуть включати лазерне обрізання номіналів резисторів (для товстоплівкових схем), фрезерування порожнин для заглиблення компонентів та зняття фаски з країв для зменшення ризику відколів під час обробки.

6. Як підготувати файли дизайну для виготовлення кераміки

Виготовлення керамічних друкованих плат вимагає повнішої документації, ніж стандартні замовлення на FR4. Ваш пакет документів повинен містити:

• ☐ Файли Gerber (мідні шари, паяльна маска, шовкографія, контур підкладки, шари жорсткості/порожнини, якщо застосовується)
• ☐ Виробниче креслення з повним визначенням розмірів, допусками, описом матеріалів та специфікацією обробки поверхні
• ☐ Специфікація стекапу (матеріал підкладки, товщина, метод металізації, товщина міді)
• ☐ Вимоги до електричних випробувань (безперервність, значення опору ізоляції)
• ☐ Вимоги до випробувань на надійність (цикли термічного удару, мінімальна міцність на відшарування, витримувана діелектрична напруга)
• ☐ Параметри панелізації (або дозвіл виробнику на оптимізацію)

Відсутні або неоднозначні специфікації є найбільшим джерелом проблем із якістю виготовлення керамічних друкованих плат. Інвестуйте час у документацію заздалегідь — це заощадить тижні переговорів та потенційних переробок.

Запит на цінову пропозицію на виготовлення

7. Послуги з виготовлення керамічних друкованих плат Highleap

Highleap Electronics експлуатує спеціалізовані лінії з виробництва керамічних друкованих плат у Гуанчжоу, Китай, підтримуючи повний спектр матеріалів підкладок та процесів металізації:

• Матеріали по темі: Al₂O₃ (96%, 99.6%), AlN, Si₃N₄ — з вхідним контролем та відстеженням партії для кожної підкладки
• Металізація: ДБК (Cu 0.15–0.6 мм), товста плівка (Ag-Pd, Au), тонка плівка (напилення Cu/Au), AMB
• Допуски: Точність розмірів ±0.05 мм; можливість лазерного випромінювання діаметром до 0.1 мм
• Оздоблення поверхні: ENIG, тверде золото, Ni/Ag, OSP
• Система якості: ISO 9001 + ISO 13485 + IATF 16949 + ISO 14001
• Підтримка DFM: Безкоштовний інженерний огляд кожного замовлення з конкретним, практичним відгуком

Ми надаємо послуги лише з виготовлення для команд, які займаються складанням окремо, а також комплексне виготовлення + Складання друкованої плати для тих, хто надає перевагу рішенню від одного постачальника. Наш команда інженерів з теплового менеджменту доступний для оптимізації вибору підкладки та термічних стратегій, перш ніж ваш дизайн буде передано у виробництво.