Виробник та послуги з виготовлення керамічних друкованих плат на замовлення

Керамічні друковані плати використовують неорганічні керамічні підкладки — оксид алюмінію, нітрид алюмінію, нітрид кремнію — замість органічного скловолокна-епоксидної смоли, що міститься у стандартних платах FR4. Керамічна підкладка безпосередньо з'єднується з мідними схемами без окремого шару діелектричної ізоляції, створюючи тепловий шлях від компонента до радіатора, який у 50–500 разів ефективніший, ніж у FR4. Ця структурна перевага є причиною того, що керамічні друковані плати використовуються для силових модулів, світлодіодів високої яскравості, радіочастотних інтерфейсних пристроїв, підкріплень лазерних діодів та будь-яких застосувань, де тепловий потік, робоча температура або термін служби термоциклування перевищують те, що можуть витримати органічні ламінати.

Компанія Highleap Electronics виробляє керамічні друковані плати на підкладках з оксиду алюмінію (Al₂O₃), нітриду алюмінію (AlN) та нітриду кремнію (Si₃N₄), використовуючи DBC, DPC, товстоплівкові, тонкоплівкові, LTCC та HTCC процеси. Ми також збираємо компоненти на керамічних підкладках — поверхневий монтаж, з'єднання дротів, кріплення кристалів та електричні випробування — під одним дахом.

Отримати цінову пропозицію на керамічну друковану плату →

Чотири керамічні матеріали для підкладки та їх призначення

Кожна керамічна друкована плата починається з підкладки. Обраний матеріал визначає теплопровідність, механічну міцність, відповідність КТР напівпровідникового кристала та вартість готової плати. Highleap має в наявності та обробляє всі чотири керамічні підкладки виробничого класу.

Глинозем — робоча конячка виробництва

Алюмокерамічні друковані плати складають більшу частину виробництва керамічних друкованих плат у світі. Доступний у ступенях чистоти 96% та 99.6%, глинозем забезпечує практичну теплопровідність (у 50–100 разів кращу, ніж FR4), чудову електроізоляцію та рівень вартості, що робить його придатним для виробництва середніх обсягів. Ми використовуємо глинозем з вмістом 96% для більшості застосувань світлодіодів, датчиків та силової електроніки, а глинозем з вмістом 99.6% – коли потрібна жорсткіша шорсткість поверхні або діелектричні допуски, зазвичай для тонкоплівкових радіочастотних схем.

Нітрид алюмінію — лідер з теплових характеристик

AlN має в 7 разів більшу теплопровідність, ніж оксид алюмінію, та найближчий показник КТР, що відповідає кремнію, серед керамічних підкладок (4.5 проти 3.0 ppm/°C). Саме цей показник КТР є причиною того, що AlN використовується скрізь, де напівпровідникові кристали безпосередньо з'єднані з підкладкою — силові модулі, корпуси лазерних діодів та радіочастотні модулі 5G. Компромісом є вартість та більш вимогливі вимоги до металізації. Наші інженерна підтримка теплового управління допомагає визначити, чи дійсно для вашої конструкції потрібен AlN, чи оксид алюмінію з кращою конструкцією теплового інтерфейсу досягне тієї ж цільової температури переходу за меншу ціну.

Нітрид кремнію — найміцніша кераміка для екстремальних велосипедних прогулянок

Si₃N₄ забезпечує в 2–3 рази більшу в'язкість руйнування, ніж оксид алюмінію або AlN, що дозволяє йому витримувати термоциклічні режими (від –55 до +250 °C, понад 30 000 циклів), які призводять до розтріскування інших керамічних підкладок. Він став обраним підкладкою для SiC та GaN наступного покоління. модулі силової електроніки у тягових інверторах для електромобілів та промислових приводах двигунів. Si₃N₄ обробляється майже виключно методом металізації AMB (активне паяння металом).

Оксид берилію — застаріла висока продуктивність, обмежене використання

BeO пропонує найвищу теплопровідність серед усіх керамічних матеріалів для друкованих плат, але його токсичність сировини (пил берилію є серйозною небезпекою при вдиханні) обмежує його застосування там, де немає заміни — головним чином у застарілих аерокосмічних та оборонних програмах із усталеними протоколами обробки. У нових конструкціях все частіше замість цього використовують AlN або Si₃N₄.

Сім виробничих процесів: як мідь потрапляє на кераміку

Матеріал підкладки визначає теплові властивості керамічної друкованої плати. Процес металізації визначає електричні можливості — роздільну здатність слідів, товщину міді, кількість шарів та міцність зв'язку мідь-кераміка. Highleap підтримує всі сім процесів металізації виробничого класу.

DBC — мідь прямого зв'язку

DBC з'єднує товсту мідну фольгу (0.15–0.6 мм) з керамікою шляхом контрольованої реакції окислення при температурі приблизно 1,065 °C. Отриманий мідно-керамічний інтерфейс має надзвичайно низький термічний опір і підтримує високострумові шини для силових модулів IGBT та MOSFET. DBC є встановленим стандартом для керамічні підкладки силового модуля як на оксиді алюмінію, так і на AlN. Обмеження: мінімальна ширина сліду зазвичай становить 0.3–0.5 мм через товстий шар міді, а чіткість країв грубіша, ніж у DPC.

DPC — Мідь прямого покриття

Метод цифрового покриття з дифракційним покриттям (DPC) розпилює тонкий шар титанового/мідного зародка на керамічну поверхню у вакуумі, потім покриває мідь до цільової товщини (зазвичай 5–140 мкм) за допомогою стандартної фотолітографії та гальваніки. Процес досягає високої роздільної здатності (слід/простора до 50/50 мкм) та підтримує гальванізовані наскрізні отвори та перехідні отвори, що робить його найуніверсальнішим методом металізації для складних схемних конструкцій. DPC є стандартним процесом для корпусів світлодіодів високої щільності, радіочастотних схем на оксиді алюмінію та будь-яких керамічних конструкцій друкованих плат, що потребують доріжок з контролем імпедансу.

AMB — Активне паяння металу

Технологія AMB з'єднує мідь з керамікою за допомогою активного припою (зазвичай Ag-Cu-Ti) при температурі 800–900 °C у вакуумі. Активний титановий елемент змочує керамічну поверхню, створюючи металургійний зв'язок, міцніший за DBC, що особливо важливо для підкладок Si₃N₄, де стандартний процес окислення DBC не утворює надійного зв'язку. Технологія AMB підтримує товщину міді до 800 мкм і є домінуючою технологією для... Силові напівпровідникові модулі SiC/GaN наступного покоління.

Товста плівка

Товстоплівкові керамічні друковані плати Використовуйте друковані струмопровідні пасти (срібло, золото, срібло-паладій), спечені при температурі 850–900 °C. Цей процес дозволяє друкувати резистори та конденсатори безпосередньо на підкладці, що усуває дискретні пасивні елементи в гібридних схемах. Товста плівка є найекономічнішим процесом виготовлення керамічних друкованих плат для застосувань з помірним струмом та більшими розмірами елементів (мінімальна ширина лінії зазвичай 100–150 мкм). Стандарт для автомобільних датчиків, промислових систем керування та гібридної мікроелектроніки.

Тонка плівка

Тонкоплівкові керамічні друковані плати Напилення металу розпиленням або випаровуванням, а потім формування малюнка за допомогою фотолітографії — досягнення найвищої роздільної здатності серед усіх процесів виготовлення керамічних друкованих плат (лінія/проміжок до 10/10 мкм). Тонка плівка використовується для прецизійних радіочастотних фільтрів, мікрохвильових схем та високочастотних застосувань, де геометрія траси безпосередньо контролює імпеданс та вставні втрати. Товщина міді обмежена (зазвичай менше 5 мкм); конструкції, що вимагають більшого струму, поєднують формування малюнка на тонкій плівці з подальшим покриттям (підхід DPC).

LTCC — Низькотемпературна кераміка спільного випалу

LTCC випалює шари керамічної стрічки з вбудованими срібними або золотими провідниками при температурі 850–900 °C, створюючи багатошарові керамічні друковані плати (10+ шарів) з інтегрованими перехідними отворами, порожнинами та вбудованими пасивними компонентами. LTCC є стандартом для компактних радіочастотних модулів, інтерфейсних пристроїв міліметрового діапазону (автомобільні радари, антени 5G) та будь-яких конструкцій, що потребують тривимірної щільності з'єднань у герметичному керамічному корпусі. Наш Можливості довгострокового та високого контролю якості (LTCC) охоплюють як прототипи, так і обсяги виробництва.

HTCC — Високотемпературна спільно випалена кераміка

Технологія високоміцного термопластичного каучуку (HTCC) випалює при температурі 1,500–1,800 °C з використанням вольфрамових або молібденових провідників (золото та срібло не можуть витримувати цих температур). HTCC виробляє підкладки з найвищою структурною міцністю та хімічною стійкістю, призначені для герметичних корпусів, свердловинних приладів та електроніки для екстремальних умов. Компромісом є нижча провідність провідника (W та Mo мають у 3–5 разів вищий питомий опір, ніж Cu або Ag) та дорожча оснащення.

Вибір правильної керамічної друкованої плати для вашого застосування

Більшість проектів обирають одну з п'яти комбінацій матеріал-процес. Вибір зумовлений обов'язковими обмеженнями в конструкції — струм, термоциклування, роздільна здатність траєкторії, частота або вартість.

Таблиця виробничих можливостей Highleap

Як визначити та замовити керамічні друковані плати

Неповні специфікації є основною причиною затримок з котируванням та несподіванок з першими позиціями в проектах керамічних друкованих плат. На відміну від замовлень FR4, де стандартні значення охоплюють більшість випадків, керамічні друковані плати вимагають чіткої специфікації кожного параметра, оскільки не існує галузевих стандартів за замовчуванням.

Ваш пакет цінової пропозиції щодо керамічної друкованої плати повинен містити:

Якщо ви не впевнені у виборі матеріалу чи процесу, надішліть те, що у вас є. Наша інженерна команда надає Огляд DFM та рекомендації щодо матеріалів на основі ваших теплових, електричних та механічних вимог — перш ніж ви зобов'яжетеся взятися за конкретне будівництво.

Поширені запитання

Які матеріали підкладки доступні для керамічних друкованих плат?

Чотири керамічні підкладки для друкованих плат виробничого класу - це оксид алюмінію (Al₂O₃) з теплопровідністю 24–28 Вт/м·K, нітрид алюмінію (AlN) зі значенням 170–200 Вт/м·K, нітрид кремнію (Si₃N₄) зі значенням 80–90 Вт/м·K з найвищою в'язкістю на розрив та оксид берилію (BeO) зі значенням 250–300 Вт/м·K для традиційних застосувань високої потужності. Оксид алюмінію підходить для більшості застосувань з найнижчою вартістю; AlN використовується у високопотужних модулях, де теплопровідність є обов'язковим обмеженням; Si₃N₄ використовується там, де найбільше значення мають термоциклічна витривалість та механічна стійкість, наприклад, інвертори SiC/GaN для електромобілів.

Яка різниця між керамічними друкованими платами DBC, DPC та AMB?

DBC з'єднує товсту мідь (0.15–0.6 мм) з керамікою приблизно за 1,065 °C за допомогою контрольованого процесу окислення — найкраще підходить для потужних модулів високого струму на оксиді алюмінію та AlN. DPC наносить тонкий шар мідного зародка напиленням, а потім наносить на пластини до потрібної товщини — найкраще підходить для тонких лінійчастих схем, світлодіодів та радіочастотних конструкцій. AMB паяє мідь при 800–900 °C з використанням активного металевого наповнювача — найкраще підходить для підкладок Si₃N₄ та будь-якого застосування, що вимагає максимально міцного зв'язку мідь-кераміка та надзвичайної термоциклічної стійкості. Дивіться наші Деталі процесу DBC для глибшого технічного порівняння.

Скільки коштують керамічні друковані плати порівняно з FR4?

Керамічні друковані плати зазвичай коштують у 5–50 разів дорожче, ніж еквівалентні плати FR4, залежно від матеріалу підкладки, процесу металізації, розміру плати та кількості замовлення. Товстоплівкові оксиди алюмінію є найдоступнішим керамічним варіантом. AlN та Si₃N₄ AMB мають найвищу ціну. Точна ціна повністю залежить від вашого конкретного проекту — вартість підкладки для світлодіодного модуля DPC з оксиду алюмінію розміром 10 мм × 10 мм дуже відрізняється від вартості підкладки для силового модуля AlN DBC розміром 50 мм × 80 мм. Надішліть свої файли Gerber для отримання точної цінової пропозиції на основі вашого фактичного проекту. Щоб дізнатися більше про те, що впливає на ціни на керамічні друковані плати, дивіться нашу аналіз вартості керамічної друкованої плати.

Чи можуть керамічні друковані плати бути багатошаровими?

Так. Процеси спільного випалювання LTCC та HTCC підтримують понад 10 шарів із вбудованими резисторами, конденсаторами, індуктивностями та вертикальними з'єднаннями. Підкладки DBC та AMB зазвичай мають 1–2 провідні шари. DPC підтримує 2–4 шари з наскрізними отворами на підкладках з оксиду алюмінію або AlN. Щодо складних багатошарових конструкцій, див. наші... можливості багатошарових керамічних друкованих плат.

Які файли мені потрібні, щоб отримати цінову пропозицію на керамічну друковану плату?

Повні файли Gerber для всіх шарів, виробниче креслення із зазначенням керамічного матеріалу та ступеня чистоти, товщини та допуску підкладки, методу металізації, товщини міді, обробки поверхні, допусків на розміри, критеріїв електричних випробувань, кількості та цільової дати поставки. Для складання "під ключ" додайте специфікацію матеріалу та файли "підібрати та розмістити". З цим пакетом ми надаємо кошторис з розбивкою вартості за позиціями — ціна залежить від вашого фактичного проекту, і ми не будемо вгадувати цифру для комплекту Gerber, який ми не перевірили.