Herstellung keramischer Leiterplatten: Welche Materialien werden verwendet?

In diesem Blogbeitrag werden wir die wichtigsten Materialien untersuchen, die bei der Herstellung von Keramikleiterplatten verwendet werden, und ihre Bedeutung für die Erzielung einer optimalen Leistung diskutieren.

Bei der Herstellung keramischer Leiterplatten spielen unterschiedliche Materialien eine entscheidende Rolle für deren Funktionalität und Zuverlässigkeit. Keramische Leiterplatten, auch bekannt als keramische Leiterplatten (PCBs), werden aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit, hohen Betriebstemperatur und hervorragenden elektrischen Eigenschaften häufig in verschiedenen Branchen eingesetzt, darunter in der Elektronik-, Luft- und Raumfahrt- und Automobilindustrie.

Keramische Leiterplatten bestehen hauptsächlich aus einer Kombination von Keramikmaterialien und Metallen, die sorgfältig ausgewählt werden, um den spezifischen Anforderungen verschiedener Anwendungen gerecht zu werden.

1. Keramiksubstrat:

Die Grundlage einer keramischen Leiterplatte ist das Keramiksubstrat, das die Grundlage für alle anderen Komponenten bildet. Aluminiumoxid (Al2O3) und Aluminiumnitrid (AlN) sind die am häufigsten verwendeten Keramikmaterialien. Aluminiumoxid verfügt über eine hervorragende mechanische Festigkeit, eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine gute elektrische Isolierung, wodurch es für ein breites Anwendungsspektrum geeignet ist. Aluminiumnitrid hingegen bietet hervorragende Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnungseigenschaften und ist somit ideal für Anwendungen, die eine effiziente Wärmeableitung erfordern.

2. Leiterbahnen:

Leitfähige Leiterbahnen sind für die Übertragung elektrischer Signale zwischen verschiedenen Komponenten auf einer Leiterplatte verantwortlich. Bei keramischen Leiterplatten werden zur Herstellung dieser Leiterbahnen Metallleiter wie Gold, Silber oder Kupfer verwendet. Diese Metalle wurden aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit und Kompatibilität mit Keramiksubstraten ausgewählt. Gold wird im Allgemeinen wegen seiner hervorragenden Korrosionsbeständigkeit und stabilen elektrischen Eigenschaften bevorzugt, insbesondere bei Hochfrequenzanwendungen.

3. Dielektrische Schicht:

Dielektrische Schichten sind entscheidend für die Isolierung von Leiterbahnen und die Vermeidung von Signalstörungen und Kurzschlüssen. Das am häufigsten in keramischen Leiterplatten verwendete dielektrische Material ist Glas. Glas verfügt über hervorragende elektrische Isoliereigenschaften und kann als dünne Schicht auf Keramiksubstraten abgeschieden werden. Darüber hinaus kann die Glasschicht so angepasst werden, dass sie einen bestimmten Wert der Dielektrizitätskonstante aufweist, was eine präzise Steuerung der elektrischen Eigenschaften der Leiterplatte ermöglicht.

4. Lötmaske und Oberflächenbehandlung:

Auf die Leiterbahnen wird eine Lötmaske aufgetragen, um sie vor Umwelteinflüssen wie Staub, Feuchtigkeit und Oxidation zu schützen. Diese Masken werden typischerweise aus Materialien auf Epoxid- oder Polyurethanbasis hergestellt, die Isolierung und Schutz bieten. Verwenden Sie Oberflächenbehandlungen wie Tauchverzinnung oder Vergoldung, um die Lötbarkeit der Platine zu verbessern und die Oxidation freiliegender Kupferleiterbahnen zu verhindern.

5. Über Füllmaterial:

Vias sind kleine Löcher, die durch eine Leiterplatte gebohrt werden und elektrische Verbindungen zwischen verschiedenen Schichten der Leiterplatte ermöglichen. Bei keramischen Leiterplatten werden Via-Fill-Materialien verwendet, um diese Löcher zu füllen und eine zuverlässige elektrische Leitfähigkeit sicherzustellen. Zu den gängigen Via-Füllmaterialien gehören leitfähige Pasten oder Füllstoffe aus Silber, Kupfer oder anderen Metallpartikeln, gemischt mit Glas- oder Keramikfüllstoffen. Diese Kombination sorgt für elektrische und mechanische Stabilität und gewährleistet eine starke Verbindung zwischen den verschiedenen Schichten.

Zusammenfassend

Bei der Herstellung keramischer Leiterplatten werden keramische Werkstoffe, Metalle und andere Spezialstoffe kombiniert. Als Substrate werden Aluminiumoxid und Aluminiumnitrid verwendet, während für Leiterbahnen Metalle wie Gold, Silber und Kupfer verwendet werden. Das Glas fungiert als dielektrisches Material und sorgt für elektrische Isolierung, und eine Epoxid- oder Polyurethan-Lötmaske schützt die Leiterbahnen. Die Verbindung zwischen den verschiedenen Schichten wird durch ein Füllmaterial bestehend aus Leitpaste und Füllstoffen hergestellt.

Für Ingenieure und Designer ist es von entscheidender Bedeutung, die Materialien zu verstehen, die bei der Herstellung keramischer Leiterplatten verwendet werden, um effiziente und zuverlässige elektronische Geräte zu entwickeln. Die Auswahl des geeigneten Materials hängt von den spezifischen Anwendungsanforderungen wie Wärmeleitfähigkeit, elektrischen Eigenschaften und Umgebungsbedingungen ab. Durch die Nutzung der einzigartigen Eigenschaften jedes Materials revolutionieren Keramikleiterplatten mit ihrer überlegenen Leistung und Haltbarkeit weiterhin verschiedene Branchen.