Keramiska kretskort, även kända som keramiska substrat eller keramikklädda laminat, skiljer sig från traditionella kretskort tillverkade av organiska material som glasfiber och epoxiharts. De tillverkas genom en specialiserad process där kopparfolie binds direkt till ytan av ett substrat tillverkat av aluminiumoxid (Al₂O₃), aluminiumnitrid (AlN) eller andra keramiska material.
Till skillnad från konventionella FR-4-material (glasfiber) har keramiska substrat överlägsna högfrekvens- och elektriska egenskaper. De har inte bara hög värmeledningsförmåga utan också exceptionell kemisk och termisk stabilitet – egenskaper som traditionella organiska substrat inte kan matcha. Följaktligen har keramiska material blivit det idealiska valet för nästa generations storskaliga integrerade kretsar och kraftelektroniska moduler.
Viktiga fördelar:
- Överlägsen värmeledningsförmåga
- Bättre anpassad värmeutvidgningskoefficient
- Mer robusta metallfilmskikt med lägre resistans på kretskort av aluminiumoxidkeramik
- Utmärkt lödbarhet och hög tolerans mot driftstemperaturer
- Överlägsen elektrisk isolering
- Minimal högfrekvensförlust
- Möjlighet till montering med hög densitet
- Fri från organiska komponenter, resistent mot kosmisk strålning, vilket ger hög tillförlitlighet och förlängd livslängd i rymdapplikationer
- Kopparskikt fria från oxidskikt, vilket möjliggör långvarig drift i reducerande atmosfärer
Viktiga tekniker i tillverkningsprocesser för keramiska substrat:
1.Borrning: Användning av mekaniska borrningsmetoder för att skapa förbindelser mellan metallskikt.
2.Plätering av genomgående hål (PTH): Efter borrningen för att ansluta kopparspår mellan skikten förblir mellanlagren icke-ledande. Därför måste ett ledande skikt bildas på hålväggarna för att uppnå kretsanslutning. Denna process kallas inom branschen vanligtvis för ”PTH-processen”. Denna process omfattar huvudsakligen tre steg: borttagning av resistrester kemisk kopparplätering och elektrolytisk kopparplätering.
3.Torrfilmslaminering: Används för att skapa ljuskänsliga etsresistlager.
4.Överföring av mönster till innerlager: Genom exponering överförs bilden från masterfilmen till kortets yta.
5.Exponering av yttre lager: Efter applicering av ljuskänslig film genomgår kretskort en process som liknar tillverkningen av det inre lagret med ytterligare exponering och framkallning. Den ljuskänsliga filmens primära funktion är att avgränsa områden som kräver elektroplätering och områden som är undantagna från detta där de täckta områdena är de icke-pläterade zonerna.
6.Magnetronsputtring: Genom att utnyttja energi- och rörelsemängdsöverföring mellan positiva joner som genereras under gasglödurladdning och ytatomer i målmaterialet överförs material från källan till substrate vilket resulterar i en tunnfilmsdeposition.
7.Etsning – bildning av yttre kretsar: En teknik som använder kemiska reaktioner eller fysisk påverkan för att ta bort material. Etsning används för att selektivt ta bort material enligt specifika mönster. Efter kretsplätering går kretskortet vidare till avskalnings-etsnings- och tennlinjeavlägsningsutrustning. Det primära målet är att helt eliminera pläteringsmotståndet och exponera kopparn som är avsedd för etsning för etsmedlet. Eftersom kretsområdena skyddas av tenn används ett alkaliskt etsmedel för att etsa kopparn. Tennskyddet bevarar kretsmönstren och avslöjar slutligen den kompletta kretslayouten på kortets yta.
8.Applicering av lödresist: Keramiska kretskort används främst för att montera elektroniska komponenter och underlätta anslutningar. Efter kretsbildningen måste därför monteringszonerna för komponenterna tydligt avgränsas och områden som inte ska monteras måste skyddas på lämpligt sätt med polymermaterial. Eftersom lödning används för montering och anslutning av komponenter kallas det polymermaterial som används för lokal skydd av kortet för ”lödresist”. För närvarande använder de flesta ljuskänsliga lödresistenta material en våt bläckbeläggningsmetod.
Primära tillämpningar för keramiska kretskort:
1.Högeffekts halvledarmoduler:
Halvledarkylningsenheter och elektroniska värmeelement: Tack vare sin exceptionella värmeavledningsförmåga är keramiska kretskort ett idealiskt material för halvledarkylare (t.ex. enheter baserade på Peltier-effekten) och elektroniska värmare. Dessa enheter kräver effektiva värmehanteringsåtgärder för att säkerställa stabil prestanda. Effektstyrningskretsar och integrerade hybridkretsar: I hög effektapplikationer såsom effektstyrningskretsar och integrerade hybridkretsar hanterar keramiska kretskort effektivt värmebelastningar genom sin höga värmeledningsförmåga, vilket säkerställer kretsarnas tillförlitlighet och förlänger deras livslängd.
2.Smarta effektkomponenter:
Högfrekventa switchade strömförsörjningar: Keramiska kretskort är ett idealiskt material för högfrekventa switchade strömförsörjningar tack vare sin låga dielektriska förlust och höga värmeledningsförmåga. Dessa strömförsörjningar kräver strikt värmehantering och signalintegritet vid högfrekvent drift, krav som keramiska kretskort uppfyller exakt.
Halvledarreläapplikationer: För halvledarreläer underlättar den exceptionella värmeledningsförmågan hos keramiska kretskort snabb värmeavledning. Denna egenskap säkerställer stabil och tillförlitlig prestanda även under långvarig drift med hög belastning.
3.Fordonselektronik, flyg- och militärkomponenter:
Fordonselektronik: Inom fordonselektronik används keramiska kretskort i motorstyrningsenheter, sensorer och andra kritiska elektroniska komponenter. Deras enastående högtemperaturbeständighet och vibrationstolerans gör dem exceptionellt väl lämpade för de tuffa driftsmiljöer som förekommer i fordon.
Flyg- och militär elektronik: Inom flyg- och militär elektronik används keramiska kretskort i stor utsträckning i kritiska elektroniska enheter på grund av deras överlägsna högtemperaturbeständighet, korrosionsbeständighet och strålningsbeständighet. Detta säkerställer tillförlitlig drift av dessa komponenter under extrema miljöförhållanden.
4.Solpanelsmonteringar:
Telekommunikationsväxlar och mottagningssystem: Genom att utnyttja sin överlägsna värmeledningsförmåga och isoleringsegenskaper förbättrar keramiska kretskort effektiviteten och tillförlitligheten hos solpaneler och telekommunikationsutrustning. Industriell elektronik såsom lasrar: Inom lasrar och andra industriella elektroniska enheter stödjer keramiska kretskort med hög temperaturbeständighet och värmeavledningsförmåga den stabila driften av högeffektslasrar och annan industriell utrustning.
5.Högpresterande LED-belysning:
Högpresterande LED-belysning: Keramiska kretskort är ett viktigt material i högpresterande LED-belysning. Deras överlägsna värmeledningsförmåga underlättar snabb värmeavledning i LED-armaturer, vilket förlänger livslängden och förbättrar ljuseffektiviteten.
