I moderne elektronikindustri, især i høj-effekt, høj-frekvens og høj-temperaturapplikationer, er keramiske printplader blevet et uundværligt kernemateriale på grund af deres fremragende varmeledningsevne, isolering og kemiske stabilitet. Fra rumfart til medicinsk udstyr, fra LED-belysning til nye energikøretøjer, bag deres overlegne ydeevne ligger en præcis og stringent fremstillingsproces. Denne artikel vil systematisk analysere keramiske printpladers rejse fra "pulver" til "færdigt produkt."
Trin 1: Forberedelse af underlag – "Shaping" af keramisk pulver
Processen begynder med forberedelsen af det keramiske substrat. Almindeligt anvendte keramiske materialer omfatter aluminiumoxid, aluminiumnitrid og berylliumoxid. Først blandes ultrafint keramisk pulver med høj-renhed med organiske bindemidler, blødgørere osv. for at danne en ensartet opslæmning. Derefter er det formet ved hjælp af en af følgende tre mainstream-teknologier:
Casting: Dette er den mest brugte teknik. Opslæmningen spredes til en præcis tyk, ensartet film på et bevægeligt underlag ved hjælp af en rakel og tørres derefter til en grøn keramisk tape. Denne metode er velegnet til fremstilling af tynde underlag med store-arealer.
Tørpresning: Keramisk pulver fyldes i en form og presses til form under højt tryk. Denne metode er yderst effektiv og velegnet til fremstilling af underlag med regelmæssige former og store tykkelser.
Isostatisk presning: Isotropisk højtryk påføres pulver indkapslet i en fleksibel form, hvilket resulterer i en grøn krop med højere tæthed, mere ensartet struktur og overlegen ydeevne.
Den dannede grønne krop kaldes "grøn keramik." På dette stadium er dens styrke relativt lav, hvilket gør det nemt at bearbejde, bore huller eller skære.
Trin to: Gennem-metallisering af hul-Bygning af en 3D-forbindelses-"bro"
For at opnå elektriske forbindelser mellem forskellige lag skal gennemgående-huller bores i den grønne keramiske plade og derefter metalliseres og fyldes. Dette trin er afgørende:
Boring: Ved hjælp af mekaniske præcisionsbor eller lasere dannes der små gennemgående-huller i den grønne keramiske plade. Laserboring giver højere præcision og er særligt velegnet til høj-tæthed interconnect boards.
Forbehandling og fyldning af hulvæg: Efter rengøring og aktivering af hulvæggene fyldes ledende pasta (normalt wolfram eller molybdæn-manganpasta) i hullerne ved hjælp af serigrafi eller vakuumfyldningsteknologi for at danne ledende kanaler.
Trin 3: Kredsløbsudskrivning – Tegning af de elektroniske "kar"
Kredsløbsmønsteret er dannet ved hjælp af tyk-filmudskrivningsteknologi. En fin skærm eller maske skabes ud fra det designede kredsløbsmønster, og en metalpasta (såsom guld, sølv, palladium eller sølv) printes på overfladen af den grønne keramiske plade. Pastaen klæber til underlaget gennem mønsteret på skærmen, hvilket præcist angiver ledernes baner. Til endnu finere kredsløb kan tynde-filmprocesser (såsom sputtering eller galvanisering) bruges.
Trin 4: Laminering og sam-brænding – sublimering gennem høj-temperaturfusion
For flerlags keramiske kredsløbskort skal de trykte kredsløbslag af grønne keramiske plader justeres præcist og stables, derefter lamineres under høj temperatur og tryk for at binde dem tæt til en enkelt enhed.
Efterfølgende begynder det mest afgørende trin i hele processen – sam-fyring. Den laminerede grønne krop placeres i en høj-temperatursintringsovn og sintres under en omhyggeligt kontrolleret temperaturprofil (typisk over 1500 grader) og en beskyttende atmosfære (såsom brint eller nitrogen). To hovedændringer sker under denne proces:
Fjernelse og forbrænding af organisk materiale: Organisk stof, såsom bindemidler i den grønne krop, nedbrydes fuldstændigt og fordampes.
Keramisk fortætning og metalsintring: Keramiske partikler smelter sammen ved høje temperaturer, krymper og danner et tæt, hårdt substrat; samtidigt sintrer partikler i metalopslæmningen sammen og binder sig fast med den keramiske matrix og danner ledende kredsløb med høj-styrke.
Succesen med samfyringsprocessen bestemmer direkte slutproduktets mekaniske styrke, termiske ledningsevne og elektriske egenskaber.
Trin 5: Efter-behandling og overfladebehandling – efterbehandling og "beskyttelse"
Det sintrede substrat kræver stadig en række efter-behandlingstrin:
Formskæring: Ved hjælp af laserskæring eller en terningsmaskine opdeles store sintrede plader i individuelle printkortenheder.
Overfladebehandling: For at forbedre loddeevnen og oxidationsmodstanden påføres overfladebehandlinger på udsatte metalkredsløb, såsom strømløs nikkel/guldbelægning, galvanisering af nikkel/guldbelægning eller OSP-behandling (Optical Sterilization Preservative).
Inspektion og test: Endelig sikrer en række strenge kvalitetskontrolprocedurer, herunder automatisk optisk inspektion, røntgeninspektion og elektrisk ydeevnetest, at hvert keramisk printkort opfylder designspecifikationer og pålidelighedskrav.
Konklusion
Fremstillingen af keramiske kredsløbskort er en sofistikeret kunst, der integrerer materialevidenskab, præcisionsmekanik og termisk teknik. Fra pulver på mikron-niveau til printpladen, der har kraftfulde funktioner, kræver hvert trin i processen omhyggelig opmærksomhed på detaljer. Det er denne komplekse og modne proces, der giver keramiske kredsløbskort den enestående kvalitet af stabil drift i ekstreme miljøer, som lydløst understøtter den hurtige udvikling af moderne teknologi.