PCB HTCC,pcb gốm ltcc

PCB gốm HTCC là gì?

PCB gốm HTCC (gốm nung đồng nhiệt độ cao) được sản xuất bằng cách sử dụng chất nền gốm, không giống như sợi thủy tinh truyền thống. Quá trình này bao gồm việc in một loại keo dán chịu nhiệt làm từ các kim loại như vonfram, molypden, và mangan lên một phôi gốm xanh gồm 92-96% alumina. Một chất kết dính 4-8% được thêm vào, và phôi được cán mỏng để tạo thành cấu trúc nhiều lớp.

Sau đó, chất nền này được nung đồng thời ở nhiệt độ cực cao từ 1500°C đến 1700°C, tạo ra PCB có độ bền cao, có thể chịu được môi trường khắc nghiệt. Vật liệu dẫn điện và điện trở được in lên chất nền bằng quy trình màng dày chuyên dụng, tạo ra PCB ổn định và đáng tin cậy hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt.

Vật liệu dẫn điện cho PCB gốm HTCC

Các vật liệu dẫn điện phổ biến cho PCB gốm bao gồm các kim loại như vàng, bạc và đồng. Tuy nhiên, PCB gốm HTCC, do nhiệt độ sản xuất cao, không thể sử dụng các kim loại này. Chúng có độ dẫn điện thấp, có thể dẫn đến độ trễ tín hiệu, khiến chúng không phù hợp với các chất nền mạch lắp ráp vi mô tốc độ cao hoặc tần số cao.

Các chất nền chính được sử dụng trong gốm HTCC là nhôm oxit (Al2O3), mullite (một hợp chất của Al2O3 và SiO2), và nhôm nitride (ALN). Nhiệt độ thiêu kết của các vật liệu này khác nhau:

l   Nhôm oxit (Al2O3): Nhiệt độ thiêu kết vượt quá 1550°C, với sự thay đổi tùy thuộc vào kích thước hạt và chất phụ gia.

l   Nitrua nhôm (ALN): Do hệ số tự khuếch tán nhỏ, quá trình thiêu kết đòi hỏi nhiệt độ trên 1800°C, cùng với các chất phụ gia thiêu kết để thúc đẩy quá trình cô đặc.

Với nhiệt độ thiêu kết cao như vậy, vật liệu dẫn điệnl cho PCB gốm HTCC cần đáp ứng hai điểm chính sau:

1.     Kim loại dẫn điện có thể chịu được nhiệt độ cao, vì vậy từ điểm nóng chảy, yêu cầu chung là không thấp hơn 1700C.

2.     2. Vật liệu kim loại sẽ không phản ứng với Al2O3 và ALN ở nhiệt độ cao.

Vì vậy, tóm lại, vonfram, molypden, niken, mangan và bạch kim phù hợp để nung đồng thời ở nhiệt độ cao (HTCC) bảng mạch gốm.

Lựa chọn chất nền gốm cho HTCC

Ba chất nền gốm HTCC phổ biến nhất là gốm Al2O3, gốm ALN và gốm Mullite. Việc lựa chọn vật liệu ảnh hưởng đến ứng dụng của PCB gốm HTCC, mỗi vật liệu đều có ưu và nhược điểm riêng.

Al2O3 (Nhôm Oxit)

Vật liệu này sẽ đặc lại trong quá trình thiêu kết, làm mẫu co lại 15-20%. Biến thể được sử dụng phổ biến nhất là gốm Al2O3 HTCC 99,99%, có chi phí sản xuất thấp, độ dẫn nhiệt cao và độ bền uốn tuyệt vời. Tuy nhiên, gốm Al2O3 HTCC có những nhược điểm, bao gồm:

1.        Hằng số điện môi cao, giới hạn tốc độ truyền tín hiệu.

2.       Điện trở suất của dây dẫn cao, gây mất tín hiệu đáng kể.

3.       Không tương thích với silicon do hệ số giãn nở nhiệt khác nhau, hạn chế việc sử dụng trong siêu máy tính.

Đặc điểm của chất nền Al2O3

Mục	Giá trị
Hằng số điện môi	9.5-9.9
Mật độ (g/cm3)	3.8-3.95
Mô-đun E (Gpa)	340-380
Poisson	0.2-0.23
Độ bền uốn (Mpa)	450-650
Độ dẫn nhiệt (W/m.k)	25-35
Độ giãn nở nhiệt (ppmC-1)	6-8
Độ cứng Moh	9
Tổn thất điện môi (25C, 1MHz)	0.0001
Điện trở suất thể tích (Ohm.cm)	1x1014
Điện áp đánh thủng điện môi (KV/mm)	>15
Nhiệt độ thiêu kết	1500-1700

ALN (Nhôm Nitride)

ALN có tính chất điện môi tốt hơn Al2O3, với độ dẫn nhiệt cao và hệ số giãn nở nhiệt phù hợp với các vật liệu bán dẫn như Si, SiC và GaAs.

Chất nền vật liệu	Điểm nóng chảy (Độ)	Độ dẫn nhiệt (W/m.k)	Hằng số điện môi tương đối	Điện áp đánh thủng điện môi (KV/mm)
Al2O3	1860	29	9.7	10
AlN	2470	240	8.9	15

ALN cũng hoạt động tốt trong môi trường khắc nghiệt, khiến nó phù hợp với các ứng dụng như đóng gói cảm biến và đóng gói đèn LED. Tuy nhiên, ALN phải đối mặt với những thách thức như:

1.        Điện trở suất cao của dây dẫn, dẫn đến mất tín hiệu.

2.       Tiêu thụ năng lượng cao do nhiệt độ thiêu kết cao.

3.      Giảm độ dẫn nhiệt khi nung chung với các kim loại như vonfram và molypden.

4.       Không tương thích với các điện trở in lưới và các linh kiện thụ động trong quá trình đồng đốt ở nhiệt độ cao.

5.        Dây dẫn bên ngoài cần được mạ niken-vàng để chống oxy hóa và tăng cường độ dẫn điện.

Mặc dù có những hạn chế này, ALN vẫn là ứng cử viên mạnh mẽ cho các ứng dụng có độ tin cậy cao và nhiệt độ cao, chẳng hạn như truyền thông quang học và đóng gói MEMS.

Tại sao HTCC cần không khí hoặc khí quyển khử để thiêu kết?

Các vật liệu dây dẫn được sử dụng trong PCB gốm HTCC, chủ yếu là kim loại cơ bản, dễ bị oxy hóa ở nhiệt độ cao. Ví dụ:

l   Vonfram bị oxy hóa nhanh ở nhiệt độ trên 350°C.

l   Molypden bị oxy hóa ở 520°C, tạo thành molypden trioxide và oxy hóa thậm chí còn nhanh hơn ở nhiệt độ trên 600°C.

l   Niken bắt đầu bị oxy hóa ở 400°C.

l   Mangan bị oxy hóa thành mangan dioxit (MnO2) ở nhiệt độ cao.

Để ngăn chặn quá trình oxy hóa trong quá trình đồng thiêu kết, một bầu khí quyển khử—thường là hydro—được sử dụng.

Bạch kim, một kim loại quý, có thể được đồng thiêu kết trực tiếp với gốm trong bầu khí quyển không khí do có các đặc tính hóa học ổn định. Nó không bị oxy hóa và cung cấp các đặc tính xúc tác độc đáo, giúp nó hữu ích trong các ứng dụng chuyên biệt.

Làm thế nào để đảm bảo PCB gốm HTCC chất lượng cao?

Khi tìm kiếm PCB gốm HTCC chất lượng cao, điều cần thiết là phải hợp tác với một nhà sản xuất có thành tích đã được chứng minh trong lĩnh vực chuyên biệt này. Nhà sản xuất nên cung cấp thông tin chi tiết về quy trình sản xuất và các biện pháp kiểm soát chất lượng của họ, đảm bảo đáp ứng các yêu cầu cụ thể của bạn. Công nghệ tốt nhất, được chứng nhận bởi ISO9001, ISO13485, và IATF16949, tuân thủ các hệ thống kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt trong suốt quá trình sản xuất, khiến họ trở thành đối tác đáng tin cậy cho nhu cầu về bo mạch gốm HTCC của bạn tại Trung Quốc.

PCB HTCC,