Bo mạch gốm LTCC

Bảng mạch gốm LTCC là gì?

Công nghệ gốm nung đồng thời ở nhiệt độ thấp (LTCC) bao gồm việc tạo ra một bảng mạch kết nối nhiều lớp mật độ cao bằng cách in các mẫu kim loại dẫn điện lên các băng gốm màu xanh lá cây có các lỗ kết nối thông qua, căn chỉnh chúng một cách chính xác, xếp chồng chúng lại với nhau và cuối cùng nung đồng thời chúng ở nhiệt độ 900°C để tạo thành một chất nền mạch ba chiều thống nhất. Quá trình này cũng có thể kết hợp các thành phần thụ động được nhúng bên trong mạch.

Đặc điểm của Công nghệ LTCC

Công nghệ LTCC cho phép nhúng các thành phần thụ động vào các lớp bên trong của chất nền. Điều này giải phóng nhiều diện tích bề mặt hơn để gắn các thiết bị chủ động và bố trí các mặt phẳng đất lớn. Nó cung cấp hai lợi thế:

1. Mật độ lắp ráp được tăng lên, cải thiện hiệu quả sản xuất và độ tin cậy của hệ thống.

2. Thiết kế mặt phẳng tiếp đất lớn cho phép tiếp đất vi sóng tuyệt vời, nâng cao hơn nữa hiệu suất tần số cao.

So với PCB truyền thống, PCB gốm LTCC có độ dẫn nhiệt tốt hơn, phù hợp để xử lý các yêu cầu về dòng điện cao và nhiệt độ cao. Nó cũng làm giảm ứng suất nhiệt giữa các chip trần và chất nền trong quá trình lắp đặt, giúp lắp đặt và tháo gỡ dễ dàng hơn.

Công nghệ LTCC làm tăng mật độ dây dẫn, rút ngắn khoảng cách kết nối và cho phép thiết kế mạch độc lập trên các lớp chất nền khác nhau. Điều này đáp ứng nhu cầu thu nhỏ, mật độ cao, đa chức năng, độ tin cậy cao và tốc độ truyền cao trong các hệ thống điện tử.

Nó cũng cung cấp các đặc tính nhiệt độ tuyệt vời, chẳng hạn như hệ số giãn nở nhiệt nhỏ và hệ số nhiệt độ hằng số điện môi thấp. Điều này cho phép tạo ra các bảng mạch có lớp rất cao với độ rộng đường mỏng nhỏ hơn 50 μm.

Các dây dẫn được sử dụng là kim loại có độ dẫn điện cao, giúp cải thiện hệ số chất lượng của hệ thống mạch.

Sản xuất LTCC là một quy trình không liên tục, cho phép kiểm tra từng lớp trước khi nung đồng thời, giúp cải thiện chất lượng và năng suất của chất nền, rút ngắn chu kỳ sản xuất và giảm chi phí.

Làm thế nào để tạo PCB gốm LTCC?

Quy trình LTCC chủ yếu bao gồm việc chuẩn bị băng gốm xanh, xử lý trước khi đục lỗ, đục lỗ, lấp đầy lỗ, in lớp dẫn điện, cán mỏng, ép đẳng tĩnh, cắt, khử khí và thiêu kết, hàn và thử nghiệm:

1. Chuẩn bị bùn 

Vật liệu thường bao gồm gốm sứ, bột thủy tinh và chất kết dính hữu cơ được trộn theo các công thức cụ thể để tạo ra bùn đồng nhất với các đặc tính đồng nhất.

2. Đúc băng 

Bùn trải qua quá trình khử bọt, sau đó đúc băng tạo thành băng gốm xanh. Các yêu cầu đối với băng bao gồm mật độ, độ dày đồng đều và độ bền cơ học đủ.

3. Cắt tấm 

Băng keo được cắt thành các tấm có kích thước xác định, lớn hơn một chút so với kích thước cần thiết để cho phép xử lý tiếp theo.

4. Đục lỗ 

Các lỗ xuyên qua được đục bằng cơ học hoặc bằng laser vào băng keo màu xanh lá cây để kết nối điện. Độ chính xác của kích thước và vị trí lỗ ảnh hưởng trực tiếp đến mật độ dây điện và chất lượng nền. Đục lỗ tạo ra các lỗ xuyên qua có đường kính 0,1-0,5 mm.

5. Lấp đầy lỗ 

Các lỗ thông được lấp đầy bằng chất độn, tạo ra các đường dẫn thẳng đứng cho các kết nối điện giữa các lớp trong lớp nền gốm nhiều lớp.

6. In 

Các chất kết dính dẫn điện hoặc vật liệu điện môi được in lưới lên băng dính màu xanh lá cây để tạo thành các đường kết nối điện và các thành phần thụ động như điện trở, tụ điện và varistor.

7. Cán mỏng 

Các tờ màu xanh lá cây đã in được xếp chồng lên nhau trong khuôn được thiết kế với các chốt căn chỉnh để đảm bảo căn chỉnh lớp chính xác.

8. Ép đẳng tĩnh 

Thân màu xanh lá cây được xếp chồng lên nhau được ép nóng trong điều kiện nhiệt độ và áp suất được kiểm soát để đảm bảo cán mỏng đồng đều và ngăn ngừa tách lớp trong quá trình thiêu kết.

9. Cắt 

Chất nền gốm màu xanh lá cây lớn được cắt thành các thành phần hoặc mô-đun nhỏ hơn trước khi thiêu kết.

10. Khử khí và thiêu kết 

Chất nền màu xanh lá cây được đặt trong lò thiêu kết, nơi chúng được nung nóng dần đến khoảng 850-900°C. Quá trình thiêu kết loại bỏ khí và làm nóng chảy các hạt, đảm bảo liên kết và độ bền cơ học thích hợp.

11. Hàn 

Các phôi đã được làm sạch được lắp ráp và hàn lại với nhau bằng cách nung nóng chất hàn đến trạng thái nóng chảy, cho phép nó liên kết với các bộ phận kim loại.

12. Kiểm tra 

Các lớp nền LTCC thiêu kết được kiểm tra khả năng kết nối và chức năng bằng máy kiểm tra đầu dò, thiết bị cắt laser và thiết bị phân loại.

Ứng dụng của Bảng gốm LTCC

Công nghệ LTCC cho phép sản xuất cả các thành phần chức năng đơn (như điện trở, cuộn cảm, ăng-ten, bộ ghép kênh và bộ lọc) và các mô-đun đầu cuối RF phức hợp tích hợp ăng-ten, công tắc, bộ lọc, bộ ghép kênh, LNA và bộ khuếch đại công suất. Các mô-đun RF front-end này giúp giảm trọng lượng và kích thước của sản phẩm trong khi vẫn đạt được mức tiêu thụ điện năng thấp. Khi tần số truyền thông 5G tăng lên, ăng-ten và mô-đun RF trở nên nhỏ hơn và tích hợp hơn. Ở tần số trên 30 GHz, kích thước ăng-ten co lại thành thang đo milimét hoặc nhỏ hơn, đòi hỏi phải chuyển từ ăng-ten đơn sang ăng-ten mảng để cải thiện hiệu quả truyền thông.

Sau đây là một số ứng dụng điển hình của PCB gốm LTCC:

l   Các thiết bị truyền thông như điện thoại thông minh, iPad và máy tính

l   Linh kiện điện tử

l   Trạm phát điện

l   Thiết bị điện tử ô tô

l   Ứng dụng năng lượng mặt trời

l   Bộ điều chỉnh điện áp, mạch khuếch đại

l   Mô-đun bộ nhớ

l   Hệ thống radar

l   Hàng không vũ trụ và hàng không

l   Thiết bị vi sóng tần số cao

Bo mạch gốm LTCC, LTCC,