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解決方案

提供使用者應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)與規(guī)范知識(shí)

產(chǎn)業(yè)解決方案選單

陶瓷基板 (Ceramic PCB, Ceramic Substrate)

作者:江志宏

說明

陶瓷基板為電路板的一種,與傳統(tǒng)FR-4或鋁基板不同的是,其具有與半導(dǎo)體接近的熱膨脹係數(shù)及高耐熱能力,適用于具備高發(fā)熱量的產(chǎn)品(高亮度LED、太陽能),其優(yōu)異的耐候特性更可適用于較惡劣之戶外環(huán)境。

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主要應(yīng)用產(chǎn)品:高功率LED載板、LED車燈、LED路燈、太陽能inverter

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陶瓷基板特色:

結(jié)構(gòu):優(yōu)秀機(jī)械強(qiáng)度、低曲翹度、熱膨脹係數(shù)接近硅晶圓(氮化鋁)、高硬度、加工性好、尺寸精度高
氣候:適用高溫高濕環(huán)境、熱導(dǎo)率高、耐熱性佳、耐腐蝕與磨耗、抗UV&黃化
化學(xué):無鉛、無毒、化學(xué)穩(wěn)定性好
電性:高絕緣電阻、容易金屬化、電路圖形與之附著力強(qiáng)
市場:材料豐富(陶土、鋁) 、製造容易、價(jià)格低

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PCB材料熱特性比較(傳導(dǎo)率):

玻璃纖維基板(傳統(tǒng)PCB):0.5W/mK、鋁基板:1~2.2W/mK、陶瓷基板:24[氧化鋁]~170[氮化鋁]W/mK

材料熱傳導(dǎo)係數(shù)(單位W/mK):

樹酯:0.5、氧化鋁:20-40、碳化硅:160、鋁:170、氮化鋁:220、銅:380、鑽石:600

陶瓷基板製程分類:

依線路陶瓷基板製程分為:薄膜、厚膜、低溫共燒多層陶瓷(LTCC)
薄膜製程(DPC):精確控制元件線路設(shè)計(jì)(線寬與膜厚)
厚膜製程(Thick film):提供散熱途徑與耐候條件
低溫共燒多層陶瓷(HTCC):利用玻璃陶瓷具低燒結(jié)溫度,可和低熔點(diǎn)、高導(dǎo)電性貴重金屬共燒的特性,實(shí)現(xiàn)多層陶瓷基板)和構(gòu)裝。
低溫共燒多層陶瓷(LTCC):堆疊數(shù)個(gè)陶瓷基板并嵌入被動(dòng)元件以及其他IC

薄膜陶瓷基板製程:

?前處理→濺鍍→光阻披覆→曝光顯影→線路電鍍→去膜
?疊片→熱壓→脫脂→基片燒成→形成電路圖形→電路燒成
?疊片→表面印刷電路圖形→熱壓→脫脂→共燒
?印刷電路圖形→疊層→熱壓→脫脂→共燒

陶瓷基板厚膜與薄膜線路差異:

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薄膜與厚膜製程產(chǎn)品之差異分析:

薄膜製程 厚膜製程
線路精準(zhǔn)度 精準(zhǔn)度較高問差低于±1% 以印刷方式成形誤差值較高±10%
鍍層材料 材料穩(wěn)定度較高 易受漿料均勻性影響
鍍層表面 表面平整度高 平整度低誤差值約1~3um
設(shè)備維護(hù) 維護(hù)較不易,費(fèi)用較高 生產(chǎn)設(shè)備維護(hù)較為簡易
鍍層附著性 無須高溫?zé)Y(jié),不會(huì)有氧化物生成,附著性佳 附著性受基板材料影響AIN基板尤差
線路位置 使用曝光顯影,相對(duì)位置精準(zhǔn)度高 受網(wǎng)版張力及印刷次數(shù)影響,相對(duì)位置精準(zhǔn)度低

表面電鍍材料分為:氧化鋁(Al203)、氮化鋁(AIN)、氧化鍍(BeO)

氮化鋁與氧化鋁特性比較:
氧化鋁:材料取得容易、成本較低、製程較簡單、熱傳導(dǎo)係數(shù)較差
氮化鋁:材料取得不易、成本較高、製程較難、熱傳導(dǎo)係數(shù)較佳

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氮化鋁與氧化鋁導(dǎo)熱性比較:

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陶瓷基板可靠度試驗(yàn)條件:

陶瓷基板高溫操作:85℃
陶瓷基板低溫操作:-40℃
陶瓷基板冷熱沖擊:1. 155℃(15min)←→-55℃(15min)/300cycle 2. 85℃(30min)←→-40℃(30min)/RAMP:10min(12.5℃/min)/5cycle
陶瓷基板附著力:以3M#600之膠帶密貼于板面,30秒后與板面成90°方向速撕,不得脫落。
陶瓷基板紅墨水實(shí)驗(yàn):煮沸一小時(shí),不可滲透

氮化鋁與氧化鋁導(dǎo)熱性比較:

三氧化二鋁(Al2O3)
氮化鋁(AlN)
陶瓷基板(Ceramic PCB , Ceramic Substrate , Ceramic circuit board)
晶片(chip)
薄膜陶瓷:COB (Chip On Board)
晶粒(Die)
薄膜製程(DPC)
蒸鍍(Evaporation)
LED載板(LED Lighting Board)
低溫共燒層陶瓷(LTCC)
絕緣層(Polymer)
厚膜製程(Thick film)
打線(Wire bonding)
濺鍍(Sputtering) 散熱基板(Submount)

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