Керамическое основание электронных устройств

 

Керамика применяется в случаях

· повышенного нагрева при работе,

· необходимости улучше­ния теплоотвода от ИМС и БИС,  

· требования низкого влагопоглощения,

· требования отличных диэлектриче­ских свойств в любых климатических условиях и в условиях электромагнитных колебаний СВЧ  диапазона;

· при необходимости постянства размеров, и согласования коэффициентов температурного расширения материала платы, корпусов ИМС и кристаллоносителей.

 

Керамические платы применяются как основания гибридных микросхем, в регуляторах нагревателей, в СВЧ генераторах.

 

В качестве исходных материалов при производстве керамических основанийМПП применяются оксиды алюминия и бериллия, а также нитрид алюминия и карбид кремния.

 

Формирование рисунка проводников   осуществля­ется трафаретной печатью. Толстопленочная высокотемпературная технология обеспечивает создание проводящего рисунка с мини­мальной шириной линий.  В качестве материалов проводников в керамических платах используются пасты, состоящие из металлических порошков благородных металлов: платины, золота, серебра, а также органического свя­зующего вещества и стекла.

Проводниковые пасты должны обладать низким удельным электрическим сопро­тивлением, хорошей адгезией, способностью выдерживать мно­гократную термообработку. Экономические факторы заставляют комбинировать благородные металлы в сплавах с более дешевыми палладием и серебром.

 

 

Технологии производства многослойных керамических печатных плат не позволяют выполнять переходные отверстия, поэтому для изоляции пересекающихся проводников применяются

Изоляционные пасты, которые изготавливаются на основе кристаллизую­щихся стекол, стеклокристаллических цементов, стеклокерамики. Нанесение таких паст подразумевает применение высокотемпературной технологии, поэтому

для нанесения проводников в этом случае используются пасты, изготовленные на основе порошков тугоплавких металлов: вольфрама, молибдена и др.

 

Положительными качествами керамических материалов являются: хороший теплоотвод от активных элементов, низкий уровень помех, высокая механическая прочность, которая незначительно изменяется в диапазоне температур 20–700°С; стабильность электрических и геометрических параметров, низкие (до 0,2%) водопоглощение и газовыделение при нагреве в вакууме.

 

Недостатки керамических плат: длительный цикл изготовления с большой усадкой материала, высокая стоимость, большая масса и ограничен­ность  размеров (обычно не более 150x150 мм), что обусловлено хрупкостью материала керамики, а также сложностью достижения необходимого качества.

 

 

Как правило, при использовании керамического основания нет речи о проведении какого-либо ремонта.

 

 

Эламенты прочно приклеены к основанию, выводы соединены сваркой, а весь монтаж залит керамическим компаундом.

 

 

Фторопласт (ПТФЭ) наряду с керамикой применяется при производстве оснований электронных устройств, работающих в условиях коротковолновых излучений.

В основном, диэлектрик армируется стекловолокном (различного плетения, что также влияет на результирующие параметры материала). Неармированные материалы используются редко, они являются наиболее дорогостоящими и сложно обрабатываемыми (очень мягкие, либо очень хрупкие).

 

Виду того, что при использовании фторопласта технологически невозможна металлизация переходных отверстий, многослойные конструкции СВЧ печатных плат выполняют как с применением только специализированных материалов, так и с применением обычных материалов типа FR4.

 

Существует четыре метода изготовления МПП из ПТФЭ-материалов:

 

· одноразовое прессование,

· одноразовое прессование из смеси диэлектриков,

· последовательное прессование,

· и, наконец, последовательное прессование из смеси диэлектриков.

 

Часто используют только второй метод: с целью снижения стоимости, СВЧ диэлектрик применяется используют только для разделения одного или двух внешних сигнальных слоёв, а для остальных — используют обычный FR4 (такие конструкции МПП называются гибридными).

Достоинства оснований на базе фторопласта: низкая диэлектрическая проницаемость, высокая термостойкость, высокая электрическая прочность.

Недостатки: низкая механическая прочность, холоднотекучесть, низкая адгезия к металлам и пластикам, высокая стоимость.

С точки зрения ремонта использование фторопласта веьма специфично, и его особенности скорее будут касаться свойств FR4, работающего в паре с фторопластом.