Керамическая печатная плата HTCC

Что такое керамическая печатная плата HTCC?

Печатные платы HTCC (High-Temperature Co-fired Ceramic) изготавливаются с использованием керамической подложки, в отличие от традиционного стекловолокна. Это предполагает нанесение термостойкой пасты, изготовленной из таких металлов, как вольфрам, молибден и марганец, на керамическую заготовку, состоящую на 92-96% из оксида алюминия. Добавляют спекающий агент в количестве 4-8%, и пуля ламинируется с образованием многослойной структуры.

Затем эта подложка подвергается совместному обжигу при экстремальных температурах в диапазоне от 1500°C до 1700°C, в результате чего получается очень прочная печатная плата, способная выдерживать суровые условия эксплуатации. Проводящие и резистивные материалы печатаются на подложке с использованием специальной технологии нанесения толстых пленок, что позволяет получить стабильную и надежную печатную плату, работающую в сложных условиях.

Проводящие материалы для керамической печатной платы HTCC

Обычными проводниками для керамических печатных плат являются такие металлы, как золото, серебро и медь. Однако керамические печатные платы HTCC из-за высокой температуры изготовления не могут использовать эти металлы. Они обладают низкой проводимостью, что может привести к задержкам сигнала, что делает их непригодными для высокоскоростных или высокочастотных микросхемных подложек.

Основными подложками, используемыми в керамике HTCC, являются оксид алюминия (Al2O3), муллит (соединение Al2O3 и SiO2) и нитрид алюминия (ALN). Температуры спекания этих материалов различаются:

• Оксид алюминия (Al2O3): Температура спекания превышает 1550°C, варьируется в зависимости от размера частиц и добавок.
• Нитрид алюминия (ALN): Из-за его небольшого коэффициента самодиффузии для спекания требуется температура более 1800°C, а также добавки для спекания, способствующие уплотнению.

При такой высокой температуре спекания материал проводника для керамической печатной платы HTCC должен соответствовать этим двум ключевым требованиям:

1. Металл проводника может выдерживать высокие температуры, поэтому, исходя из температуры плавления, общее требование должно быть не ниже 1700С.

2. 2.Металлический материал не вступает в реакцию с Al2O3 и ALN при высокой температуре.

Итак, в заключение отметим, что вольфрам, молибден, никель, марганец и платина подходят для высокотемпературного совместного обжига (HTCC) керамических печатных плат.

Выбор керамической подложки для HTCC

Тремя наиболее распространенными керамическими подложками HTCC являются керамика Al2O3, ALN-керамика и муллитовая керамика. Выбор материала влияет на применение керамической печатной платы HTCC, причем у каждого материала есть свои плюсы и минусы.

Al2O3 (оксид алюминия)

Этот материал уплотняется в процессе спекания, что приводит к усадке образца на 15-20%. Наиболее часто используемым вариантом является керамика HTC с содержанием Al2O3 99,99%, которая отличается низкими производственными затратами, высокой теплопроводностью и отличной прочностью на изгиб. Однако керамика Al2O3 HTCC имеет недостатки, в том числе:

1. Высокая диэлектрическая проницаемость, ограничивающая скорость передачи сигнала.

2. Высокое удельное сопротивление проводников, приводящее к значительным потерям сигнала.

3. Несовместимость с кремнием из-за различий в коэффициентах теплового расширения, что ограничивает ее использование в суперкомпьютерах.

Особенности подложки Al2O3

Параметр	Значение
Диэлектрическая постоянная	9.5-9.9
Плотность (г/см³)	3.8-3.95
Модуль упругости (ГПа)	340-380
Коэффициент Пуассона	0.2-0.23
Прочность на изгиб (МПа)	450-650
Теплопроводность (Вт/(м·К))	25-35
Термическое расширение (ppm/°C)	6-8
Твердость по Моосу	9
Диэлектрические потери (25°C, 1 МГц)	0.0001
Объемное сопротивление (Ом·см)	1x10^14
Пробивное напряжение диэлектрика (кВ/мм)	>15
Температура спекания (°C)	1500-1700

ALN (нитрид алюминия)
ALN обладает лучшими диэлектрическими свойствами, чем Al2O3, благодаря высокой теплопроводности и коэффициенту теплового расширения, которые хорошо сочетаются с полупроводниковыми материалами, такими как Si, SiC и GaAs.

Материал подложки	Температура плавления (°C)	Теплопроводность (Вт/(м·К))	Относительная диэлектрическая проницаемость	Пробивное напряжение диэлектрика (кВ/мм)
Al2O3	1860	29	9.7	10
AlN	2470	240	8.9	15

ALN также отлично работает в суровых условиях, что делает его пригодным для таких применений, как изготовление сенсоров и светодиодов. Однако ALN сталкивается с такими проблемами, как:
1. Высокое удельное сопротивление проводки, приводящее к потере сигнала.
2. Высокое энергопотребление из-за высокой температуры спекания.
3. Снижение теплопроводности при совместном обжиге с такими металлами, как вольфрам и молибден
4. Несовместимость с резисторами с трафаретной печатью и пассивными компонентами при совместном высокотемпературном обжиге.
5. Для защиты от окисления и повышения электропроводности внешний проводник должен быть покрыт никелевым покрытием с позолотой.

Несмотря на эти ограничения, компания ALL остается сильным конкурентом для высоконадежных и высокотемпературных применений, таких как оптическая связь и MEMS-упаковка.

Почему для спекания HTCC требуется воздух или восстановительная атмосфера?

Проводящие материалы, используемые в керамических печатных платах HTCC, в основном неблагородные металлы, подвержены окислению при высоких температурах. Например:
l Вольфрам быстро окисляется при температуре выше 350°C.
l Молибден окисляется при температуре 520°C, образуя триоксид молибдена, а при температуре выше 600°C окисляется еще быстрее.
l Никель начинает окисляться при температуре 400°C.
l Марганец окисляется до диоксида марганца (MnO2) при повышенных температурах.

Для предотвращения окисления в процессе совместного спекания используется восстановительная атмосфера, обычно водород.

Платина, драгоценный металл, может быть спечена непосредственно с керамикой в воздушной среде благодаря своим стабильным химическим свойствам. Она не окисляется и обладает уникальными каталитическими свойствами, что делает ее полезной в специализированных областях применения.

Как обеспечить высокое качество керамических печатных плат HTCC?

При поиске высококачественных керамических печатных плат HTCC важно сотрудничать с производителем, зарекомендовавшим себя в этой специализированной области. Производитель должен предоставить подробную информацию о своем производственном процессе и мерах контроля качества, гарантируя соблюдение ваших конкретных требований. Компания Best Technology, сертифицированная по стандартам ISO9001, ISO13485 и IATF16949, придерживается строгих систем контроля качества на протяжении всего производства, что делает ее надежным партнером для производства керамических плит HTCC в Китае.

Керамическая печатная плата HTCC,