현대 전자 산업, 특히 고전력, 고주파-및 고온-응용 분야에서 세라믹 회로 기판은 우수한 열 전도성, 절연성 및 화학적 안정성으로 인해 없어서는 안 될 핵심 소재가 되었습니다. 항공우주에서 의료 장비까지, LED 조명에서 신에너지 차량까지, 뛰어난 성능 뒤에는 정확하고 엄격한 제조 공정이 있습니다. 이 기사에서는 세라믹 회로 기판이 "분말"에서 "완제품"으로 변하는 과정을 체계적으로 분석합니다.
1단계: 기판 준비 - 세라믹 분말 "성형"
이 공정은 세라믹 기판을 준비하는 것부터 시작됩니다. 일반적으로 사용되는 세라믹 재료에는 알루미나, 질화알루미늄, 산화베릴륨 등이 있습니다. 먼저, 고순도-초미세 세라믹 분말에 유기 바인더, 가소제 등을 혼합하여 균일한 슬러리를 형성합니다. 그런 다음 다음 세 가지 주요 기술 중 하나를 사용하여 모양을 만듭니다.
캐스트 캐스팅: 이것은 가장 일반적으로 사용되는 기술입니다. 슬러리를 이동하는 기판 위에 닥터 블레이드를 사용하여 정밀하게 두껍고 균일한 필름으로 도포한 후 건조하여 그린 세라믹 테이프를 형성합니다. 이 방법은 넓은-면적의 얇은 기판을 제조하는 데 적합합니다.
건식압착: 세라믹 분말을 금형에 채우고 고압으로 압착하여 모양을 만드는 것입니다. 이 방법은 매우 효율적이며 규칙적인 모양과 두꺼운 두께의 기판을 제조하는 데 적합합니다.
등방성 압축: 유연한 금형에 캡슐화된 분말에 등방성 고압을 가하여 밀도가 더 높고 구조가 균일하며 성능이 우수한 성형체를 만듭니다.
형성된 그린 바디를 "그린 세라믹"이라고 합니다. 이 단계에서는 강도가 상대적으로 낮아 기계 가공, 구멍 뚫기, 절단 작업이 용이합니다.
2단계: 관통-홀 금속화-3D 상호 연결 '브리지' 구축
서로 다른 층 사이에 전기적 연결을 이루려면 그린 세라믹 시트에 관통 구멍을 뚫은 다음 금속화하고 채워야 합니다.- 이 단계는 매우 중요합니다.
드릴링: 정밀 기계식 드릴이나 레이저를 사용하여 그린 세라믹 시트에 작은 관통 구멍을-형성합니다. 레이저 드릴링은 더 높은 정밀도를 제공하며 특히 고밀도-상호 연결 보드에 적합합니다.
구멍 벽 전처리 및 충전: 구멍 벽을 청소하고 활성화한 후 스크린 인쇄 또는 진공 충전 기술을 사용하여 전도성 페이스트(일반적으로 텅스텐 또는 몰리브덴-망간 페이스트)를 구멍에 채워 전도성 채널을 형성합니다.
3단계: 회로 인쇄 – 전자 "혈관" 그리기
회로 패턴은 후막 인쇄 기술을 사용하여 형성됩니다.- 설계된 회로 패턴을 바탕으로 미세한 스크린이나 마스크를 제작하고, 그린 세라믹 시트 표면에 금속 페이스트(금, 은, 팔라듐, 은 등)를 인쇄합니다. 페이스트는 스크린의 패턴을 통해 기판에 부착되어 도체의 경로를 정확하게 표시합니다. 더 미세한 회로의 경우에는 -박막 공정(예: 스퍼터링 또는 전기 도금)을 사용할 수 있습니다.
4단계: 적층 및 동시 소성 – 고온-융합을 통한 승화
다층 세라믹 회로 기판의 경우 그린 세라믹 시트의 인쇄 회로층을 정밀하게 정렬하고 적층한 다음 고온 및 고압에서 적층하여 단일 장치로 단단히 접착해야 합니다.
이어서 전체 프로세스에서 가장 중요한 단계인 동시 실행이 시작됩니다.- 적층된 미소분체를 고온-소결로에 넣고 신중하게 제어되는 온도 프로파일(일반적으로 1500도 이상)과 보호 분위기(예: 수소 또는 질소) 하에서 소결합니다. 이 프로세스 중에 두 가지 주요 변경 사항이 발생합니다.
유기물 제거 및 연소 : 생지내 바인더 등의 유기물을 완전히 분해, 휘발시킵니다.
세라믹 치밀화 및 금속 소결: 세라믹 입자는 고온에서 융합되고 수축되어 조밀하고 단단한 기판을 형성합니다. 동시에, 금속 슬러리의 입자는 함께 소결되고 세라믹 매트릭스와 단단히 결합되어 고강도 전도성 회로를 형성합니다.-
동시소성 공정의 성공 여부는 최종 제품의 기계적 강도, 열전도도 및 전기적 특성을 직접적으로 결정합니다.
5단계: 후-가공 및 표면 처리 – 마무리 및 "보호"
소결 기판에는 여전히 일련의 후처리 단계가 필요합니다.-
형상 절단: 레이저 절단 또는 다이싱 머신을 사용하여 대형 소결 기판을 개별 회로 기판 단위로 분할합니다.
표면 처리 : 납땜성 및 내산화성을 향상시키기 위해 노출된 금속 회로에 무전해 니켈/금 도금, 전기 도금 니켈/금 도금, OSP(Optical Sterilization Preservative) 처리 등의 표면 처리를 실시합니다.
검사 및 테스트: 마지막으로 자동 광학 검사, X-레이 검사, 전기 성능 테스트를 포함한 일련의 엄격한 품질 관리 절차를 통해 각 세라믹 회로 기판이 설계 사양 및 신뢰성 요구 사항을 충족하는지 확인합니다.
결론
세라믹 회로 기판의 제조는 재료 과학, 정밀 기계 및 열 공학을 통합하는 정교한 예술입니다. 미크론- 수준의 분말부터 강력한 기능을 수행하는 회로 기판에 이르기까지 공정의 모든 단계에는 세부 사항에 대한 세심한 주의가 필요합니다. 세라믹 회로 기판에 극한 환경에서 안정적으로 작동하는 뛰어난 품질을 부여하고 현대 기술의 급속한 발전을 조용히 지원하는 것은 바로 이 복잡하고 성숙한 공정입니다.