در صنعت الکترونیک مدرن، بهویژه در کاربردهای-قدرت،-بالا{1}}فرکانس بالا و-درجه حرارت بالا، تختههای مدار سرامیکی به دلیل هدایت حرارتی، عایق و پایداری شیمیایی عالی، به یک ماده اصلی ضروری تبدیل شدهاند. از هوافضا گرفته تا تجهیزات پزشکی، از نورپردازی LED تا وسایل نقلیه با انرژی جدید، پشت عملکرد برتر آنها یک فرآیند ساخت دقیق و دقیق نهفته است. این مقاله به طور سیستماتیک سفر بردهای مدار سرامیکی را از "پودر" به "محصول نهایی" تجزیه و تحلیل می کند.
مرحله 1: آماده سازی بستر - "شکل دادن" به پودر سرامیک
فرآیند با آماده سازی بستر سرامیکی آغاز می شود. مواد سرامیکی رایج شامل آلومینا، نیترید آلومینیوم و اکسید بریلیم است. ابتدا، پودر سرامیکی بسیار ریز{2}}با خلوص بالا با چسبهای آلی، نرمکنندهها و غیره مخلوط میشود تا دوغاب یکنواختی تشکیل شود. سپس، با استفاده از یکی از سه فناوری اصلی زیر شکل میگیرد:
ریخته گری بازیگران: این تکنیک رایج ترین مورد استفاده است. دوغاب با استفاده از یک تیغه داکتر به صورت یک فیلم کاملا ضخیم و یکنواخت روی یک بستر متحرک پخش می شود و سپس خشک می شود تا یک نوار سرامیکی سبز تشکیل شود. این روش برای ساخت زیرلایههای نازک و بزرگ-مناسب است.
پرس خشک: پودر سرامیک در قالب پر می شود و تحت فشار زیاد به شکل فشرده در می آید. این روش برای ساخت زیرلایه هایی با اشکال منظم و ضخامت های زیاد بسیار کارآمد و مناسب است.
پرس ایزواستاتیک: فشار بالا ایزوتروپیک به پودر محصور شده در یک قالب انعطاف پذیر اعمال می شود و در نتیجه بدنه سبز رنگ با چگالی بالاتر، ساختار یکنواخت تر و عملکرد برتر ایجاد می شود.
بدن سبز شکل گرفته "سرامیک سبز" نامیده می شود. در این مرحله، استحکام آن نسبتاً کم است و ماشین کاری، سوراخ کردن یا برش آن را آسان می کند.
مرحله دوم: از طریق-متالیزاسیون سوراخ-ساخت یک "پل" اتصال سه بعدی
برای دستیابی به اتصالات الکتریکی بین لایههای مختلف، باید سوراخهای{0}}روی ورق سرامیکی سبز سوراخ شده و سپس متالیز و پر شوند. این مرحله بسیار مهم است:
حفاری: با استفاده از مته های مکانیکی دقیق یا لیزر، سوراخ های ریز{0}در ورق سرامیکی سبز ایجاد می شود. حفاری لیزری دقت بالاتری را ارائه میدهد و مخصوصاً برای تختههای اتصال با چگالی بالا- مناسب است.
پیش تصفیه و پر کردن دیواره سوراخ: پس از تمیز کردن و فعال کردن دیوارههای سوراخ، خمیر رسانا (معمولاً خمیر تنگستن یا مولیبدن{0}}منگنز) با استفاده از چاپ صفحه یا فناوری پر کردن خلاء برای تشکیل کانالهای رسانا در سوراخها پر میشود.
مرحله 3: چاپ مداری - ترسیم "Vasculars" الکترونیکی
الگوی مدار با استفاده از فناوری چاپ فیلم ضخیم- شکل گرفته است. یک صفحه یا ماسک ظریف از الگوی مدار طراحی شده ایجاد می شود و یک خمیر فلزی (مانند طلا، نقره، پالادیوم یا نقره) بر روی سطح ورق سرامیکی سبز چاپ می شود. خمیر از طریق الگوی روی صفحه به بستر میچسبد و دقیقاً مسیرهای هادی را مشخص میکند. برای مدارهای حتی ظریفتر، ممکن است از فرآیندهای{4}} لایه نازک (مانند کندوپاش یا آبکاری الکتریکی) استفاده شود.
مرحله 4: لمینیت و شلیک همزمان - تصعید از طریق همجوشی با دمای بالا{2}}
برای بردهای مدار سرامیکی چندلایه، لایههای مدار چاپی ورقهای سرامیکی سبز باید دقیقاً تراز شده و روی هم چیده شوند، سپس تحت دما و فشار بالا لمینت شوند تا محکم به یک واحد متصل شوند.
متعاقبا، مهمترین مرحله در کل فرآیند شروع میشود - شلیک مشترک. بدنه سبز چند لایه در یک کوره تف جوشی با دمای بالا قرار می گیرد و تحت یک پروفیل دمایی با دقت کنترل شده (معمولاً بالای 1500 درجه) و یک فضای محافظ (مانند هیدروژن یا نیتروژن) زینتر می شود. دو تغییر اصلی در طول این فرآیند رخ می دهد:
حذف و احتراق مواد آلی: مواد آلی مانند بایندرها در بدن سبز کاملاً تجزیه و تبخیر می شوند.
تراکم سرامیک و تف جوشی فلز: ذرات سرامیکی در دماهای بالا ذوب می شوند، منقبض می شوند و یک بستر متراکم و سخت را تشکیل می دهند. به طور همزمان، ذرات موجود در دوغاب فلزی با هم پخته می شوند و محکم با ماتریس سرامیکی پیوند می خورند و مدار رسانا با قدرت-بالا را تشکیل می دهند.
موفقیت فرآیند شلیک مشترک مستقیماً استحکام مکانیکی، هدایت حرارتی و خواص الکتریکی محصول نهایی را تعیین میکند.
مرحله 5: ارسال{1}}پردازش و درمان سطح - تکمیل و "محافظت"
بستر زینتر شده هنوز به یک سری مراحل پردازش{0} پس از آن نیاز دارد:
برش شکل: با استفاده از دستگاه برش لیزری یا دستگاه تاس، تخته های زینتر شده بزرگ به واحدهای برد مدار جداگانه تقسیم می شوند.
عملیات سطحی: برای بهبود لحیم کاری و مقاومت در برابر اکسیداسیون، عملیات سطحی برای مدارهای فلزی در معرض دید اعمال می شود، مانند آبکاری نیکل/طلا الکترولس، آبکاری نیکل/طلا، یا OSP (محافظ کننده استریلیزاسیون نوری).
بازرسی و آزمایش: در نهایت، یک سری روشهای کنترل کیفیت دقیق، از جمله بازرسی نوری خودکار، بازرسی اشعه ایکس-و آزمایش عملکرد الکتریکی، اطمینان حاصل میکند که هر برد مدار سرامیکی با مشخصات طراحی و الزامات قابلیت اطمینان مطابقت دارد.
نتیجه گیری
ساخت بردهای مدار سرامیکی یک هنر پیچیده است که علم مواد، مکانیک دقیق و مهندسی حرارتی را ادغام می کند. از پودر سطح میکرونی- گرفته تا برد مداری که عملکردهای قدرتمندی دارد، هر مرحله از فرآیند نیازمند توجه دقیق به جزئیات است. این فرآیند پیچیده و بالغ است که به بردهای مدار سرامیکی با کیفیت استثنایی عملکرد پایدار در محیطهای شدید میبخشد و بیصدا از توسعه سریع فناوری مدرن پشتیبانی میکند.