В современной электронной промышленности, особенно в приложениях высокой-мощности, высокой-частоты и высоких-температур, керамические печатные платы стали незаменимым материалом сердцевины благодаря своей превосходной теплопроводности, изоляции и химической стабильности. От аэрокосмического до медицинского оборудования, от светодиодного освещения до транспортных средств на новых источниках энергии, за их превосходными характеристиками лежит точный и строгий производственный процесс. В этой статье будет систематически проанализирован путь керамических плат от «порошка» до «готового продукта».
Шаг 1: Подготовка основы – «придание формы» керамическому порошку
Процесс начинается с подготовки керамической подложки. Обычно используемые керамические материалы включают оксид алюминия, нитрид алюминия и оксид бериллия. Сначала сверхдисперсный керамический порошок -высокой чистоты смешивается с органическими связующими, пластификаторами и т. д. для образования однородной суспензии. Затем он формируется с использованием одной из следующих трех основных технологий:
Литье по литью: это наиболее часто используемый метод. Взвесь распределяется в виде точно толстой однородной пленки на движущейся подложке с помощью ракеля, а затем высушивается с образованием зеленой керамической ленты. Этот метод подходит для изготовления тонких подложек большой-площади.
Сухое прессование: керамический порошок засыпается в форму и прессуется в форму под высоким давлением. Этот метод высокоэффективен и подходит для изготовления подложек правильной формы и большой толщины.
Изостатическое прессование: к порошку, инкапсулированному в гибкую форму, прикладывается изотропное высокое давление, в результате чего получается сырое изделие с более высокой плотностью, более однородной структурой и превосходными характеристиками.
Сформированное зеленое тело называется «зеленой керамикой». На этом этапе его прочность относительно невелика, что позволяет легко обрабатывать его, сверлить отверстия или резать.
Шаг второй:-металлизация сквозных отверстий-Создание трехмерного межсоединенного «моста»
Чтобы обеспечить электрическое соединение между различными слоями, в зеленом керамическом листе необходимо просверлить сквозные-отверстия, а затем металлизировать и заполнить его. Этот шаг имеет решающее значение:
Сверление. С помощью прецизионных механических сверл или лазеров в зеленом керамическом листе формируются крошечные сквозные-отверстия. Лазерное сверление обеспечивает более высокую точность и особенно подходит для межблочных плат высокой-плотности.
Предварительная обработка и заполнение стенок отверстий. После очистки и активации стенок отверстий в отверстия заливается проводящая паста (обычно вольфрамовая или молибденовая-марганцевая паста) с использованием технологии трафаретной печати или вакуумного заполнения для формирования проводящих каналов.
Шаг 3. Печатная схема – рисование электронных «сосудов».
Рисунок схемы формируется с использованием технологии печати на толстой-пленке. На основе разработанного рисунка схемы создается тонкий экран или маска, а на поверхность зеленого керамического листа наносится металлическая паста (например, золото, серебро, палладий или серебро). Паста прилипает к подложке через рисунок на экране, точно очерчивая пути проводников. Для еще более тонких схем можно использовать тонкопленочные процессы (например, напыление или гальваническое покрытие).
Шаг 4. Ламинирование и совместный-обжиг – сублимация посредством высоко-температурной сварки
Для многослойных керамических плат слои печатной платы из зеленых керамических листов должны быть точно выровнены и уложены друг на друга, а затем ламинированы при высокой температуре и давлении, чтобы плотно соединить их в единое целое.
Затем начинается самый важный этап всего процесса — совместный-обжиг. Ламинированное сырое изделие помещается в высокотемпературную печь для спекания-и спекается при тщательно контролируемом температурном профиле (обычно выше 1500 градусов) и защитной атмосфере (например, водород или азот). В ходе этого процесса происходят два основных изменения:
Удаление и сжигание органических веществ: Органические вещества, такие как связующие вещества, в сыром теле полностью разлагаются и улетучиваются.
Уплотнение керамики и спекание металла: керамические частицы плавятся при высоких температурах, сжимаются и образуют плотную твердую подложку; одновременно частицы металлической суспензии спекаются вместе и прочно связываются с керамической матрицей, образуя высоко-проводящую схему.
Успех процесса совместного-обжига напрямую определяет механическую прочность, теплопроводность и электрические свойства конечного продукта.
Шаг 5. Постоб-обработка и обработка поверхности – отделка и «защита»
Спеченная подложка по-прежнему требует ряда этапов пост-обработки:
Фигурная резка: с помощью лазерной резки или нарезной машины большие спеченные платы разделяются на отдельные блоки печатной платы.
Обработка поверхности: для улучшения паяемости и стойкости к окислению на открытые металлические схемы наносится поверхностная обработка, такая как химическое никелирование/позолота, гальваника никель/золото или обработка OSP (оптическая стерилизация консервантом).
Проверка и тестирование. Наконец, ряд строгих процедур контроля качества, включая автоматический оптический контроль, рентгеновский контроль и испытания электрических характеристик, гарантируют, что каждая керамическая плата соответствует проектным характеристикам и требованиям надежности.
Заключение
Производство керамических плат — это сложное искусство, объединяющее материаловедение, точную механику и теплотехнику. От микронного-порошка до печатной платы, выполняющей мощные функции, каждый этап процесса требует пристального внимания к деталям. Именно этот сложный и продуманный процесс наделяет керамические платы исключительным качеством стабильной работы в экстремальных условиях, бесшумно поддерживая быстрое развитие современных технологий.