Laserbohren von Aluminiumoxid-Keramiksubstraten: Präzisionsverbindungslösung für fortschrittliche Elektronik
Das laserbohrende Aluminiumoxid-Keramiksubstrat von Puwei stellt einen Durchbruch in der Präzisionsverbindungstechnologie für moderne Elektronik mit hoher Dichte dar. Durch die Kombination von hochreiner Al₂O₃-Keramik mit fortschrittlicher Lasermikrobearbeitung schaffen wir Substrate mit hochpräzisen Mikrodurchkontaktierungen, die eine komplexe, dreidimensionale Schaltungsführung ermöglichen. Diese innovative Lösung wurde speziell entwickelt, um die anspruchsvollen Anforderungen der Miniaturisierung, des verbesserten Wärmemanagements und der zuverlässigen Signalintegrität in fortschrittlichen elektronischen Verpackungs- und Mikroelektronik- Verpackungsanwendungen zu erfüllen.
Warum lasergebohrte Aluminiumoxidkeramik die optimale Wahl ist
- Ultrapräzise Mikro-Vias (±10 μm Toleranz): Erzielt eine außergewöhnliche Lochpositionierung und Durchmessergenauigkeit und ermöglicht hochdichte Verbindungen, die für miniaturisierte Hochfrequenzmodule und komplexe integrierte Schaltungsgehäuse unerlässlich sind.
- Hervorragende elektrische Isolierung und Signalintegrität: Behält einen Volumenwiderstand von >10¹⁴ Ω·cm bei, sorgt für zuverlässige Isolierung und minimiert Signalverlust/Übersprechen in HF-Schaltkreisen und Mikrowellenanwendungen .
- Hervorragendes Wärmemanagement (15–30 W/m·K): Leitet die Wärme von leistungsstarken mikroelektronischen Komponenten effizient ab, während die präzise gebohrten Durchkontaktierungen die Wärmeübertragungswege verbessern können.
- Robuste mechanische Integrität (250–400 MPa Biegefestigkeit): Widersteht mechanischer Beanspruchung, Vibration und Temperaturwechsel in anspruchsvollen Automobil-, Luft- und Raumfahrt- und Industrieumgebungen.
- Nahtlose Integration mit Metallisierungsprozessen: Die sauberen, konisch kontrollierten Via-Wände sind ideal für hochwertige Metallisierung (Plattieren, Füllen), um zuverlässige elektrische Verbindungen für Dickschicht-Hybrid-Mikroschaltungen zu schaffen.
- Designfreiheit und Miniaturisierung: Ermöglicht komplexe, mehrschichtige Verbindungsdesigns auf einem einzigen Substrat und reduziert so den Platzbedarf und das Gewicht des Systems.
Technische Spezifikationen
Die lasergebohrten Aluminiumoxidsubstrate von Puwei werden nach anspruchsvollen Standards hergestellt und gewährleisten eine gleichbleibende Leistung für Ihre hochzuverlässigen Anwendungen.
Material- und Grundsubstrateigenschaften
- Materialzusammensetzung: 96 % oder 99 % hochreines Aluminiumoxid (Al₂O₃)
- Standardstärke: 0,25 mm, 0,38 mm, 0,5 mm, 0,635 mm, 1,0 mm (kundenspezifisch erhältlich)
- Standardplattengröße: Bis zu 150 mm x 150 mm (größere Formate auf Anfrage)
- Oberflächenbeschaffenheit: Wie gebrannt, geschliffen oder poliert (Ra ≤ 0,4 μm typisch)
- Biegefestigkeit: 250 - 400 MPa
- Dichte: ≥ 3,7 g/cm³
Spezifikationen zum Laserbohren
- Bohrtechnik: UV-Laser / Pikosekundenlaser (je nach Anforderung)
- Minimaler Via-Durchmesser: 50 μm (Standard), bis zu 25 μm (Erweitert)
- Lochdurchmessertoleranz: ±10 μm (Standard), ±5 μm (Präzision)
- Lochpositionsgenauigkeit: ±15 μm
- Seitenverhältnis (Tiefe/Durchmesser): Bis zu 10:1 (z. B. 0,5 mm Tiefe für 0,05 mm Durchmesser)
- Via Wall Taper: Steuerbar von 85° bis 90° (nahezu vertikal)
- Oberflächenqualität: Minimale Wärmeeinflusszone (HAZ), saubere, schmutzfreie Kanten.
Elektrische und thermische Eigenschaften
- Volumenwiderstand: > 10¹⁴ Ω·cm
- Dielektrizitätskonstante (εr): ~9,7 bei 1 MHz
Tangens des dielektrischen Verlusts (tan δ): < 0,0002 bei 1 MHz- Durchschlagspannung: > 15 kV/mm
- Wärmeleitfähigkeit: 15 - 30 W/(m·K) (abhängig von der Al₂O₃-Reinheit)
- Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE): ~6,8 ppm/°C (25–300 °C)
- Maximale Betriebstemperatur: > 1000 °C
Fortschrittliche Laserbohrtechnologie: Präzision und Flexibilität
Unser Verfahren nutzt modernste UV- oder Ultrakurzpulslaser (Pikosekunden). Diese „kalten“ Ablationstechnologien minimieren die thermische Belastung und die Wärmeeinflusszone (HAZ) und erzeugen saubere, präzise Durchkontaktierungen ohne Mikrorisse oder Ablagerungen – entscheidend für die anschließende Metallisierung und langfristige Zuverlässigkeit. Dies bietet deutliche Vorteile gegenüber dem maschinellen Bohren:
- Kein Werkzeugverschleiß: Gleichbleibende Lochqualität vom ersten bis zum millionsten Durchgang.
- Komplexe Geometrien: Möglichkeit, nicht kreisförmige Löcher (Schlitze, Quadrate) zu bohren und komplizierte blinde Durchkontaktierungen oder Hohlräume für die Komponenteneinbettung zu erstellen.
- Hohe Seitenverhältnisse: Möglichkeit zur Erstellung tiefer, schmaler Durchkontaktierungen, die für vertikale Verbindungen in 3D-Gehäusen unerlässlich sind.
- Rapid Prototyping: Die digitale Mustersteuerung ermöglicht schnelle Designänderungen ohne physische Werkzeuge und beschleunigt so die Entwicklungszyklen für Sensorgehäuse und neue Mikroelektronikdesigns .
Primäre Anwendungsszenarien
1. HF- und Mikrowellen-/Hochfrequenzelektronik
Ideal für Mikrowellenkomponenten wie Filter, Koppler und Antennensubstrate in der 5G/6G-Infrastruktur, Radar und Satellitenkommunikation. Präzisionsdurchkontaktierungen ermöglichen kontrollierte Impedanzübergänge und eine verlustarme Erdung, was für die Signalintegrität in Hochfrequenzmodulen von entscheidender Bedeutung ist.
2. Fortschrittliche Halbleiter- und Multi-Chip-Verpackung
Wird in der 2,5D/3D-Verpackung integrierter Schaltkreise , System-in-Package (SiP) und Fan-out-Wafer-Level-Verpackung (FOWLP) verwendet. Lasergebohrte Vias stellen die Through-Silicon Via (TSV)-ähnlichen Verbindungen im Keramik-Interposer bereit und ermöglichen eine hohe I/O-Dichte und kurze Signalwege.
3. Leistungselektronik und Module
Dient als isolierendes Substrat mit integrierten thermischen Durchkontaktierungen in IGBT-, SiC- und GaN- Leistungsgeräten . Durchkontaktierungen können mit Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gefüllt werden, um effiziente Wärmepfade vom Chip zum Kühlkörper auf der Unterseite zu schaffen und die Wärme von leistungsstarken mikroelektronischen Komponenten zu verwalten.
4. Hybride Mikroelektronik und MEMS
Eine grundlegende Plattform für Dickschicht-Hybrid-Mikroschaltungen und Hybrid-Mikroschaltungen in der Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und medizinischen Elektronik. Durchkontaktierungen ermöglichen die Verbindung zwischen Schaltkreisen auf der Oberseite und Stiften oder Masseebenen auf der Unterseite und können Hohlräume für die Montage empfindlicher KERAMIK-CHIPS oder MEMS-Geräte schaffen.
5. Fortschrittliche Sensoren und Optoelektronik
Wird in Sensorverpackungen für Druck-, Temperatur- und Durchflusssensoren verwendet, wo Durchkontaktierungen elektrische Durchführungen in hermetischen Dichtungen ermöglichen. Auch anwendbar in optoelektronischen Anwendungen zur Montage und Verbindung von Laserdioden oder Fotodetektoren.
Design for Manufacturing (DFM) und Integrationsleitfaden
Durch die frühzeitige Zusammenarbeit mit Puwei wird sichergestellt, dass Ihr lasergebohrtes Substratdesign hinsichtlich Leistung, Zuverlässigkeit und Herstellbarkeit optimiert ist.
- Definieren Sie Anforderungen und anfängliches Design: Spezifizieren Sie elektrische (Impedanz, Strom), thermische und mechanische Anforderungen. Stellen Sie erste CAD-Dateien mit Angabe der Standorte, Durchmesser und Padgrößen bereit. Berücksichtigen Sie die Endverwendung: Handelt es sich um eine elektrische Durchkontaktierung, eine thermische Durchkontaktierung oder einen Fluidkanal?
- Beratung und Designprüfung: Unser Ingenieurteam prüft Ihr Design auf Herstellbarkeit. Wir beraten Sie hinsichtlich optimaler Via-Größe, Pitch (Mindestabstand), Pad-Design und Aspektverhältnis-Grenzwerten, um ein erfolgreiches Bohren und Metallisieren sicherzustellen.
- Prototyping und Designverifizierung: Wir produzieren eine kleine Menge Prototypen für Ihre Bewertung. Diese Phase ist entscheidend für die Validierung der elektrischen Leistung (z. B. S-Parameter für HF-Designs) und der thermischen Leistung.
- Auswahl des Metallisierungsprozesses: Wählen Sie die geeignete Füll-/Beschichtungsmethode:
- Leitfähige Füllung: Siebdruck mit leitfähiger Paste (z. B. Ag, Au) und anschließendes Brennen – kostengünstig für viele gedruckte Dickschichtschaltungen .
- Galvanisieren: Erzeugt einen massiven Kupfer- oder Goldstecker für hohe Leitfähigkeit und Zuverlässigkeit – ideal für Hochfrequenz- oder Hochstromanwendungen.
- Massivkern-Lötfüllung: Für spezielle Wärmemanagementanwendungen.
- Montage und Systemintegration: Montieren Sie aktive und passive Komponenten mithilfe standardmäßiger Die-Attach-, Wire-Bonding- oder SMT-Prozesse. Das Substrat kann dann an einer Gehäusebasis oder einem Kühlkörper befestigt werden.
- Prüfung und Qualifizierung: Führen Sie elektrische Prüfungen (Durchgang, Isolationswiderstand, HF-Leistung), thermische Zyklen und andere Zuverlässigkeitsprüfungen gemäß den Anforderungen der Anwendungsnorm durch.
Anpassung und OEM/ODM-Engineering-Dienstleistungen
Jede Anwendung ist einzigartig. Puwei bietet umfassende Co-Engineering-Unterstützung, um das lasergebohrte Substrat an Ihre spezifische Systemarchitektur anzupassen.
Unsere Anpassungsmöglichkeiten umfassen:
- Vollständig kundenspezifisches Design: Einzigartige Panelgrößen, Substratdicken und komplexe Durchgangsmuster (Arrays, versetzt, abgestuft).
- Erweiterte Via-Geometrien: Blind Vias, Buried Vias (in Mehrschichtkonstruktionen), Tapered Vias und Slots.
- Integrierte Funktionen: Lasergeschnittene Hohlräume, Gräben und Kantenprofile. Kombination aus Bohrlöchern und laserbearbeiteten Merkmalen für komplexe KERAMIKKOMPONENTEN .
- Materialqualitäten: 96 % Al₂O₃ zur Kostenoptimierung oder 99 % Al₂O₃ für hervorragende thermische und elektrische Eigenschaften.
- Komplette Metallisierungslösungen: Interne Dickschichtdruck-, Galvanisierungs- und Strukturierungsdienste zur Lieferung eines fertigen, einbaufertigen Schaltkreissubstrats.
- Rapid Prototyping: Schnelle Abwicklungsdienste für Designvalidierung und Vorproduktionsmuster.
Herstellungsprozess und Qualitätssicherung
Unser kontrollierter Herstellungsprozess stellt sicher, dass jedes Substrat den höchsten Standards an Präzision und Zuverlässigkeit entspricht.
- Rohmaterial- und Rohlingsvorbereitung: Hochreines Al₂O₃-Pulver wird geformt (Bandguss, Trockenpressen) und zu Keramikrohlingen mit präzisen Abmessungen und Eigenschaften gesintert.
- Präzisionslaserbohren: Rohlinge werden in computergesteuerte Laserarbeitsplätze geladen. Das Bohrmuster wird unter Echtzeitüberwachung der Laserparameter ausgeführt, um die Konsistenz im gesamten Panel sicherzustellen.
- Reinigung nach dem Bohren: Substrate werden speziellen Reinigungsprozessen (Ultraschall, chemisch) unterzogen, um mikroskopische Ablagerungen von den Durchkontaktierungen und Oberflächen zu entfernen, die für die Haftung in nachfolgenden Metallisierungsschritten von entscheidender Bedeutung sind.
- Optionale Metallisierung und Strukturierung: Falls angegeben, werden leitende Schichten mithilfe von Siebdruck, Fotolithographie oder Galvanisierungsverfahren aufgetragen und strukturiert, um die Durchkontaktierungen zu füllen/plattieren und Oberflächenschaltkreise zu erzeugen.
- Endbearbeitung und Vereinzelung: Große Platten werden mithilfe von Laserschneiden oder Präzisionstrennsägen in einzelne Substrate gewürfelt, um Endabmessungen mit glatten Kanten zu erzielen.
- Strenge 100 %-Inspektion und Tests:
- Visuelle Inspektion (AOI): Automatisierte optische Inspektion auf Durchgangsqualität, Risse und Oberflächenfehler.
- Dimensionsüberprüfung: Messung von Durchmessern, Positionen und Substratdicken von Durchkontaktierungen mit optischen Mikroskopen und KMGs.
- Elektrische Prüfung: Probenprüfung auf Isolationswiderstand und Durchgang (für metallisierte Durchkontaktierungen).
Zertifizierungen, Compliance und Zuverlässigkeit
Puwei Ceramic ist bestrebt, Produkte zu liefern, die den globalen Qualitäts- und Zuverlässigkeitsstandards entsprechen.
- Qualitätsmanagementsystem: ISO 9001:2015 zertifizierte Fertigung.
- Umweltkonformität: Alle Materialien entsprechen den RoHS- und REACH-Richtlinien.
- Prozesskontrolle: Die statistische Prozesskontrolle (SPC) wird für wichtige Bohr- und Materialparameter implementiert, um die Konsistenz von Charge zu Charge sicherzustellen.
- Zuverlässigkeitstests: Wir führen oder unterstützen anwendungsspezifische Zuverlässigkeitstests, einschließlich Thermoschock-, Temperaturwechsel- und Lagerlebensdauertests bei hohen Temperaturen, um das Substrat für Ihr System zu qualifizieren.
- Rückverfolgbarkeit: Für jedes Produktionslos wird eine vollständige Material- und Prozessrückverfolgbarkeit gewährleistet.
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