We współczesnym przemyśle elektronicznym, zwłaszcza w zastosowaniach wymagających dużej-mocy, wysokich-częstotliwości i-wysokotemperaturowych, ceramiczne płytki drukowane stały się niezbędnym materiałem rdzenia ze względu na ich doskonałą przewodność cieplną, izolację i stabilność chemiczną. Od sprzętu lotniczego i kosmicznego po sprzęt medyczny, od oświetlenia LED po pojazdy wykorzystujące nowe źródła energii, za ich doskonałą wydajnością kryje się precyzyjny i rygorystyczny proces produkcyjny. W tym artykule systematycznie analizowana będzie droga płytek ceramicznych od „proszku” do „gotowego produktu”.
Krok 1: Przygotowanie podłoża – „Ukształtowanie” proszku ceramicznego
Proces rozpoczyna się od przygotowania podłoża ceramicznego. Powszechnie stosowane materiały ceramiczne obejmują tlenek glinu, azotek glinu i tlenek berylu. Najpierw bardzo drobny proszek ceramiczny o-czystości miesza się z organicznymi spoiwami, plastyfikatorami itp., aby utworzyć jednolitą zawiesinę. Następnie jest kształtowany przy użyciu jednej z trzech głównych technologii:
Casting: Jest to najczęściej stosowana technika. Zawiesinę rozprowadza się na ruchomym podłożu przy pomocy rakli, tworząc dokładnie grubą, jednolitą warstwę, a następnie suszy, uzyskując zieloną taśmę ceramiczną. Ta metoda jest odpowiednia do wytwarzania-dużych powierzchni i cienkich podłoży.
Prasowanie na sucho: Proszek ceramiczny jest umieszczany w formie i prasowany pod wysokim ciśnieniem. Metoda ta jest wysoce wydajna i nadaje się do wytwarzania podłoży o regularnych kształtach i dużych grubościach.
Prasowanie izostatyczne: Wysokie ciśnienie izotropowe przykładane jest do proszku zamkniętego w elastycznej formie, w wyniku czego powstaje zielona bryła o większej gęstości, bardziej jednolitej strukturze i doskonałej wydajności.
Uformowana zielona bryła nazywana jest „zieloną ceramiką”. Na tym etapie jego wytrzymałość jest stosunkowo niska, co ułatwia obróbkę, wiercenie otworów lub cięcie.
Krok drugi:-metalizacja przewlekana-Budowanie „mostu” międzysieciowego 3D
Aby uzyskać połączenia elektryczne między różnymi warstwami,-w zielonej płycie ceramicznej należy wywiercić otwory przelotowe, a następnie metalizować je i wypełniać. Ten krok jest kluczowy:
Wiercenie: za pomocą precyzyjnych wierteł mechanicznych lub laserów-w surowej płycie ceramicznej powstają maleńkie otwory przelotowe. Wiercenie laserowe zapewnia większą precyzję i jest szczególnie odpowiednie dla-płytek wzajemnych o dużej gęstości.
Wstępna obróbka i wypełnianie ścian otworów: po oczyszczeniu i aktywowaniu ścianek otworów pastą przewodzącą (zwykle pastą-wolframową lub molibdenowo-manganową) wlewa się do otworów za pomocą sitodruku lub technologii wypełniania próżniowego w celu utworzenia kanałów przewodzących.
Krok 3: Drukowanie obwodów – rysowanie elektronicznych „naczyń”
Wzór obwodu jest tworzony przy użyciu technologii drukowania na grubej{0}}folii. Z zaprojektowanego wzoru obwodu tworzony jest cienki ekran lub maska, a na powierzchni zielonego arkusza ceramicznego drukowana jest pasta metaliczna (taka jak złoto, srebro, pallad lub srebro). Pasta przylega do podłoża poprzez wzór na sicie, precyzyjnie wyznaczając ścieżki przewodników. W przypadku jeszcze drobniejszych obwodów można zastosować procesy-cienkowarstwowe (takie jak napylanie katodowe lub galwanizacja).
Krok 4: Laminowanie i-współwypalanie – sublimacja poprzez stapianie-w wysokiej temperaturze
W przypadku wielowarstwowych płytek ceramicznych warstwy obwodów drukowanych z zielonych arkuszy ceramicznych muszą być precyzyjnie wyrównane i ułożone w stos, a następnie laminowane w wysokiej temperaturze i ciśnieniu, aby ściśle połączyć je w jedną całość.
Następnie rozpoczyna się najważniejszy etap całego procesu – współ-spalanie. Laminowany surowy korpus umieszcza się w-wysokotemperaturowym piecu do spiekania i spieka w dokładnie kontrolowanym profilu temperatury (zwykle powyżej 1500 stopni) i atmosferze ochronnej (takiej jak wodór lub azot). Podczas tego procesu zachodzą dwie główne zmiany:
Usuwanie i spalanie materii organicznej: Materia organiczna, taka jak spoiwa w zielonej masie, ulega całkowitemu rozkładowi i ulatnianiu.
Zagęszczanie ceramiki i spiekanie metali: Cząsteczki ceramiki łączą się w wysokich temperaturach, kurczą i tworzą gęste, twarde podłoże; jednocześnie cząstki zawiesiny metalu spiekają się razem i mocno łączą z matrycą ceramiczną, tworząc-obwody przewodzące o wysokiej wytrzymałości.
Powodzenie procesu-współspalania bezpośrednio determinuje wytrzymałość mechaniczną, przewodność cieplną i właściwości elektryczne produktu końcowego.
Krok 5:-Obróbka końcowa i obróbka powierzchni – wykończenie i „ochrona”
Spiekane podłoże nadal wymaga szeregu-etapów obróbki końcowej:
Cięcie kształtowe: Za pomocą cięcia laserowego lub maszyny do krojenia w kostkę duże płyty spiekane są dzielone na pojedyncze jednostki płytek drukowanych.
Obróbka powierzchniowa: Aby poprawić lutowność i odporność na utlenianie, na odsłonięte obwody metalowe stosuje się obróbkę powierzchniową, taką jak bezprądowe niklowanie/złotanie, galwanizacja niklowaniem/złotaniem lub obróbka OSP (optyczny środek konserwujący do sterylizacji).
Inspekcja i testowanie: wreszcie szereg rygorystycznych procedur kontroli jakości, w tym automatyczna inspekcja optyczna,-kontrola rentgenowska i testy wydajności elektrycznej, zapewniają, że każda płytka ceramiczna spełnia specyfikacje projektowe i wymagania dotyczące niezawodności.
Wniosek
Produkcja ceramicznych płytek drukowanych to wyrafinowana sztuka łącząca inżynierię materiałową, mechanikę precyzyjną i inżynierię cieplną. Od proszku o wielkości mikronów- po płytkę drukowaną zawierającą zaawansowane funkcje – każdy etap procesu wymaga skrupulatnej dbałości o szczegóły. To właśnie ten złożony i dojrzały proces nadaje ceramicznym płytkom drukowanym wyjątkową jakość stabilnej pracy w ekstremalnych warunkach, cicho wspierając szybki rozwój nowoczesnej technologii.