Изготовление печатных плат на керамике или на материалах с керамическим наполнением?
Исторический обзор: керамические печатные платы в СССР
Керамические печатные платы широко применялись для производства высоконадежных электронных устройств (например, в военном, космическом и промышленном оборудовании) в СССР. В отличие от современных многослойных печатных плат с медной фольгой, здесь использовалась технология напыления меди непосредственно на керамическую подложку.
Основные этапы производства плат на керамике:
Для производства печатных плат на керамике использовались керамические пластины из оксида алюминия (Al₂O₃) или нитрида алюминия (AlN) с высокой теплопроводностью и механической прочностью. Поверхность пластины тщательно очищалась от загрязнений для улучшения адгезии металлического слоя.
После зачистки, на керамическую пластину наносился тонкий слой меди методом вакуумного напыления или магнетронного распыления. Для улучшения сцепления между керамикой и медью иногда предварительно наносился подслой (например, хром или титан).
На медный слой наносился фоторезист, который засвечивался через фотошаблон с рисунком схемы. После проявления незащищенные участки меди травились в химическом растворе (например, хлорном железе). Альтернативно использовался метод аддитивного формирования рисунка – медь осаждалась только в нужных местах через маску.
Поскольку керамика выдерживает высокие температуры, применялась пайка в печи или ручная пайка тугоплавкими припоями. Для защиты от окисления иногда наносились дополнительные покрытия (никель, золото).
Преимущества технологии:
- Высокая термостойкость и механическая прочность
- Хорошее теплоотведение, важное для мощных приборов
- Миниатюризация – возможность создания тонких проводников и плотного монтажа
Недостатки:
- Высокая стоимость по сравнению с фольгированными платами
- Ограниченная сложность многослойных структур
Эта технология применялась в микросхемах гибридных сборок, СВЧ-устройствах и другого высокоточного оборудования.
Современные технологии: материалы Rogers
Современные технологии и материалы позволяют преодолеть недостатки данного метода в производстве СВЧ устройств. Современные керамические материалы, например, фирмы Rogers (серий RO 4003, 4350, RO 3003, 3010 и т.д.), технология обработки которых подобны обработке FR4, позволяют делать сложные многослойные СВЧ платы.
Ламинаты серии Rogers — это высокочастотный материал, широко используемый в электронной промышленности, известный своими превосходными электрическими и термическими свойствами. Материалы имеют коэффициент теплового расширения по осям X и Y близкий по значению к КТР меди и FR4, что дает возможность строить надежные RO3000/FR4 гибридные сборки. Благодаря низкому значению тангенса угла диэлектрических потерь, ламинат Rogers может использоваться в СВЧ оборудовании.
Материалы, используемые на нашем производстве:
Rogers RO-3003 двухсторонний
Материалы серии RO3000 были первыми материалами Rogers, разработанными для широкого применения в начале 1990-х годов. В состав серии входят RO3003™ (ε=3.0), RO3035 (ε=3.50), RO3006 (ε=6.15) и RO3010 (ε=10.2).
Особенности и преимущества:
- Высокочастотные характеристики с низкими потерями
- Подходят для применения в устройствах с частотами до 30-40 ГГц
- Оптимальные тепломеханические свойства
- Надежность полосковых линий и многослойных печатных плат
- Единообразие механических свойств с широким диапазоном характеристик диэлектрической проницаемости
- Постоянное значение диэлектрической проницаемости по отношению к температуре и частоте RO 3003™
- Малый коэффициент теплового расширения в плоскости, равный КТР
Rogers RO-4003C двухсторонний, Rogers RO-4350В двухсторонний
Особенности и преимущества:
- Не содержат фторопласт
- Технология обработки совпадает с FR4
- Сверхнизкая возгораемость (RO4350 TM)
- Более низкие затраты на обработку и сборку
- Превосходные высокочастотные характеристики в связи с малой диэлектрической проницаемостью и низким уровнем потерь
- Оптимально для устройств с более высокими рабочими частотами
Технология производства печатных плат на материале Rogers с керамическим наполнением
Первый этап - выбор подложки (например, RO3003, RO4003C, RO-4350В) на основе PTFE или углеводородной смолы с керамическим наполнителем (Al₂O₃, SiO₂). Медная фольга (обычно 18–35 мкм) предварительно ламинирована на материал. Выбор зависит от требуемых характеристик среды, типа изделия и диапазона частот работы, а также от требуемой проницаемости и температурных характеристик.
Затем пластины механически режутся на заготовки, и в них высверливаются переходные отверстия.
- Химическая активация (нанесение палладиевого катализатора). Медь 1-3 мкм
- Гальваническая медь (толщина 20–30 мкм) для обеспечения проводимости.
Ключевые особенности технологии
- Низкие диэлектрические потери
- Высокая теплопроводность
- Стабильность размеров
Сравнение технологий
| Параметр | Rogers | Керамика + напыление меди |
|---|---|---|
| Точность проводников | До 25 мкм (лазерная обработка) | ~100 мкм (механическое травление) |
| Теплопроводность | 0.6–0.78 Вт/м·К | 20–30 Вт/м·К (керамика Al₂O₃) |
| Диэлектрические потери | Df<0.003 | Не контролировались |
| Многослойность | До 25 слоев | Обычно 1–2 слоя |
| Стоимость | Высокая | Низкая |
Преимущества и недостатки
Rogers
Плюсы:
- Оптимизированы для ВЧ/СВЧ-приложений
- Совместимы с автоматизированным производством
Минусы:
- Дорогой материал, требуют специализированного оборудования
Советская керамика
Плюсы:
- Высокая механическая прочность и термостойкость
- Ремонтопригодность (напыление меди возможно даже в полевых условиях)
Минусы:
- Низкая воспроизводимость параметров
- Ограниченная сложность схем
Современные материалы Rogers превосходят советские аналоги по точности, стабильности и применимости в высокочастотной электронике. Однако советская технология напыления меди на керамику остается актуальной для ремонта и экстремальных условий (например, военная техника), где критична термостойкость.
Подробно о материалах для СВЧ плат на производстве в «ЭЛЕКТРОконнект» читайте здесь: https://pselectro.ru/bazovye-materialy-primenauseesa-pri-izgotovlenii-pecatnyh-plat-77367
Комментарии
Добавить комментарий