2024 다층 세라믹 PCB: 완전한 제조 가이드

높은 힘의 시대에,5G 기지국부터 전기차 (EV) 파워트레인 및 항공 우주 레이더 시스템까지의 고주파 전자제품 (high frequency electronics)극단적 인 온도에서 열 분산과 신호 무결성을 위해 고군분투하는 전통적인 FR4 PCB와 달리 MLC PCB는 세라믹 기판 (예를 들어, 알루미나,알루미늄 나트라이드) 를 사용하여 우수한 열전도성을 제공합니다.전 세계 MLC PCB 시장은 이러한 수요를 반영합니다. 자동차, 항공 우주,전기통신.

이 가이드에서는 MLC PCB 제조의 전체적인 분포를 제공합니다. 재료 선택과 단계별 생산에서 품질 관리 및 실제 세계 응용에 이르기까지. 데이터 기반 비교와 함께,실행 가능한 통찰력과 업계의 최선 사례를 통해 엔지니어, 구매자, 디자이너들이 이 고성능 기술을 이해하고 활용할 수 있게 합니다.

주요 내용
a.물질의 우월성은 성능을 유도합니다: 알루미나 (20 ∼30 W/mK) 및 알루미늄 나트라이드 (170 ∼200 W/mK) 세라믹 기판은 열전도에서 FR4 (0.2 ∼0.3 W/mK) 를 능가합니다.MLC PCB가 350°C+ 대FR4의 130°C 제한
b. 제조 정밀도는 협상 할 수 없습니다: MLC PCB는 7 가지 중요한 단계가 필요합니다.그리고 테스트를 하고 꽉 찬 허용을 요구 (층 정렬을 위해 ±5μm).
c.품질 통제는 비용이 많이 드는 장애를 방지합니다. 초기 재료 검사 (SEM 검사) 및 공정 중 테스트 (AOI, 전기 연속성) 는 결함 비율을 <0으로 줄입니다.높은 신뢰성 애플리케이션의 경우 1% (e예를 들어, 항공우주).
d. 애플리케이션은 높은 관련 산업에 걸쳐 있습니다. MLC PCB는 자동차 레이더 (77 GHz), 고전력 LED (100,000 시간 이상 사용 시간) 및 군사 통신 (악기 저항력) 에 필수적입니다.
e. 미래 성장은 혁신에 달려 있습니다: 소형화 (밀도층) 및 친환경 제조 (저 에너지 싱터링) 은 IoT 및 EV에서 MLC PCB 사용을 확대 할 것입니다.

다층 세라믹 PCB (MLC PCB) 이해
MLC PCB는 선도 회로 (예를 들어, 구리, 은) 로 새겨진 여러 세라믹 층을 쌓고 결합하여 만들어진 고급 회로 보드입니다.그들의 독특한 구조는 세라믹의 열 효율을 다층 설계의 밀도와 결합하여 고성능 전자제품에서 전통적인 PCB가 남긴 공백을 채우며.

MLC PCB 를 독특 하게 만드는 것 은 무엇 입니까?
FR4 PCB (유화강 + 에포시) 또는 단일층 세라믹 PCB와 달리 MLC PCB는 다음과 같습니다.
a. 더 높은 열전도: FR4보다 열을 100~600배 더 빠르게 이동시켜 부품 과열을 방지합니다.
b.더 넓은 온도 범위: -200°C (항공우주) 에서 350°C (산업연대) 까지 안정적으로 작동한다.
c.소형 변압전력 손실: 최대 100GHz의 주파수에서 신호 무결성을 유지한다 (5G mmWave에 있어 결정적이다).
d. 콤팩트 밀도: 작은 공간에 더 많은 회로에 적합하도록 마이크로 비아 (50 ′′ 100μm 지름) 와 함께 4 ′′ 20 세라믹 층을 쌓아.

산업별 주요 이점
MLC PCB는 전통적인 PCB가 해결할 수 없는 산업별 문제점을 해결합니다.

MLC PCB에 대한 재료 선택: 알루미나 대 알루미늄 나트라이드
MLC PCB의 성능은 기판 재료 선택에서 시작됩니다. 두 개의 세라믹이 시장을 지배합니다. 알루미나 (Al2O3) 및 알루미늄 질산 (AlN).각각의 특성은 특정 용도에 맞게 만들어집니다..

서로 비교 하는 자료

올바른 세라믹 재료를 선택하는 방법
a. 알루미나를 선택하면: 20~30 W/mK의 열 전도성이 충분 한 중간 열 응용 프로그램 (예를 들어, LED 드라이버, 저전력 자동차 센서) 에 대한 비용 효율적인 솔루션이 필요합니다.
b. 알루미늄 나트라이드를 선택하면: 당신은 최대 열 방출 (170 ~ 200 W / mK) 및 온도 저항을 요구하는 높은 전력 시나리오 (예를 들어, EV 파워트레인, 항공 우주 레이더) 를 설계하고 있습니다.
c. FR4를 피하는 경우: 귀하의 응용 프로그램은 130°C를 초과하거나 10 GHz 이상의 신호 무결성을 요구합니다.

재료 의 준비: 가루 에서 선형 으로
제조 전에, 세라믹 재료는 균일성과 품질을 보장하기 위해 엄격한 준비를 거칩니다.
1파우더 처리: 알루미나 / AlN 파우더는 나중에 밀도가 높은 시너링을 보장하기 위해 미세한 입자 크기 (1 ∼ 5μm) 까지 깎습니다. 불순물 (예: 철, 실리카) 은 결함을 피하기 위해 <0.1%까지 제거됩니다.
2접착제 첨가: 파우더는 유기 결합제 (예를 들어 폴리바이닐 버티랄) 와 용매와 혼합하여 테이프 발사용에 고르지 않은 ′′슬러리′′를 만듭니다.
3테이프 발사: 용액은 의사 블레이드를 사용하여 운반 필름 (예: PET) 에 퍼지며 얇고 균일한 세라믹 시트를 만듭니다. 시트는 용매를 제거하기 위해 건조됩니다.
4펀칭/컷: 건조 된 시트는 원하는 PCB 크기 (예를 들어, 100x150mm) 로 잘라지고 정밀한 스택을 위해 정렬 구멍으로 펀칭됩니다.

결정적 단계: 분말 순수성은 X선 형광 (XRF) 을 통해 오염 물질이 없도록 검사됩니다. 0.5%의 철도조차도 열전도성을 10% 감소시킬 수 있습니다.

단계별 MLC PCB 제조 과정
MLC PCB 생산은 정밀하게 구동되는 7 단계의 순서이며, 각 단계에는 전문 장비와 엄격한 공정 통제가 필요합니다.불완전 한 합금) 는 보드를 쓸모 없게 만들 수 있습니다..

1기판 준비: 균일한 세라믹 시트를 만드는
MLC PCB의 기초는 고품질의 세라믹 시트입니다. 테이프 가출 후 (위 설명), 시트는:
a. 두께 검사: 레이저 미크로미터는 일관성 있는 레이어 스파킹을 보장하기 위해 판 두께 (±2μm 허용) 를 검사합니다.
밀도 테스트: 결합 물질을 제거하기 위해 무작위 샘플을 구워서 분말 농도를 확인하기 위해 무게를 씁니다. 너무 많은 결합 물질은 합금 과정에서 수축을 유발합니다.
c. 표면 청소: 후속 단계에서 공기 공백을 일으킬 수 있는 먼지를 제거하기 위해 이소프로필 알코올로 닦습니다.

2레이어 스택 & 라미네이션: 결합 세라믹 레이어
스테이킹은 다층 구조를 형성하기 위해 유도 패턴과 세라믹 시트를 정렬합니다. 여기서 정밀도는 중요합니다. 10μm의 오차도 연결을 통해 깨질 수 있습니다.

쌓기 위한 주요 단계:
a. 스크린 프린팅: 유도성 페이스트 (황, 은 또는 금) 는 회로 흔적, 패드 및 패드를 생성하기 위해 세라믹 시트에 스크린 프린팅됩니다. 페이스트의 점도가 제어됩니다 (50,000 ∼100,(000 cP) 가 날카로운 수치를 보장합니다., 유니폼 라인
b. 정렬: 시트는 이전에 뚫린 정렬 구멍과 일치하는 광학 정렬 시스템 (± 5μm 정확도) 을 사용하여 쌓입니다. 층은 세라믹 및 전도성 패턴을 번갈아 주문합니다.
c. 라미네이션: 쌓인 조립물은 70 ~ 100 °C와 10 ~ 20 MPa 압력에서 진공 라미네이터에서 압축됩니다. 진공은 공기 간격을 제거하고 열은 결합 층에 결합 물질을 부드럽게합니다.

비중있는 라미네이션 요인:

3구멍 뚫고 금속화: 연결 층
비아 (Vias) 는 레이어를 넘나들며 회로를 연결하는 작은 구멍이다. MLC PCB에는 두 가지 방법이 일반적입니다.
a. 레이저 뚫기: UV 레이저 (355nm 파장) 는 ±5μm의 정확도로 마이크로 비아 (50~100μm 지름) 를 뚫고 이 방법은 고밀도 설계 (예를 들어, 5G 모듈) 에 이상적입니다.
b. 펀칭: 기계 펀칭은 저비용 애플리케이션 (예를 들어, LED 드라이버) 을 위해 더 큰 비아 (200~500μm) 를 생성합니다. 펀칭은 레이저 뚫림보다 빠르지만 덜 정확합니다.
파도 후:
c. 훼손: 플라즈마 처리로 금속 접착을 보장하기 위해 벽을 통해 잔류 결합 물질을 제거합니다.
d. 금속화: 비아들은 전도성 페이스트 (은 또는 구리) 로 채워지거나 전자기 없는 구리 (0.5μm의 두께) 로 접힌 채로 층들 사이에 전기 경로를 만듭니다.

4금속화 및 회로 패턴: 전도 경로를 만드는
전도층을 추가하여 기능 회로를 형성합니다. 두 가지 주요 방법이 사용됩니다:
a. 스크린 프린팅: MLC PCBs의 가장 일반적인 conductive 페이스트는 흔적을 형성하기 위해 세라믹 시트 (50~100μm 폭) 및 패드에 인쇄됩니다. 페이스트는 용매를 제거하기 위해 120°C에서 건조됩니다.
b. 스푸터링: 고주파 애플리케이션 (예: 레이더) 에서, 얇은 구리층 (1μm) 을 진공 시스템을 사용하여 세라믹 시트 위에 스푸터링한다.스프터링은 스크린 프린팅보다 더 좋은 접착력과 신호 무결성을 제공하지만 더 비싸다.

품질 검사: 자동 광학 검사 (AOI) 시스템은 흔적 너비, 패드 정렬 및 페이스트 커버리지를 확인합니다.

5시너링: 세라믹 구조를 밀폐
시너지는 겹쳐진 유기농으로 가득 찬 조립체를 밀도가 높은 세라믹 PCB로 변환하는 "제공 또는 분해" 단계입니다. 프로세스는 높은 온도로 쌓을 것을 가열하는 것을 포함한다.
a. 유기 결합 물질을 제거한다 (연소 단계: 200~400°C).
b. 세라믹 입자를 단단하고 밀도가 높은 구조로 융합합니다. (산화 단계: 알루미나에 대해서는 1600~1800°C, AlN에 대해서는 1700~1900°C)
c. 유도층을 세라믹 기판에 결합한다.

시너지 합성 주요 결과:

결정적 제어: 시너링 오븐은 균일하지 않은 수축을 유발하는 급속한 난방으로 균열을 피하기 위해 프로그래밍 된 온도 램프 (5 ° C / min) 를 사용합니다.

6표면 완공: 신뢰성 및 용접성을 향상
합금 후 MLC PCB는 구성 요소 조립을 위해 준비하기 위해 표면 처리에 처해집니다.
a. 평형화: 상부/아래면은 다이아몬드 가열제로 닦아 표면에 장착된 부품 (SMC) 의 배치에 중요한 ±5μm의 평면성을 달성합니다.
b. 표면 접착: 얇은 니켈 (5 ∼10μm) 및 금 (0.1 ∼0.5μm) 또는 ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) 이 패드에 적용됩니다. 이것은 용접성을 향상시키고 산화를 방지합니다.
레이저 표시: 섬유 레이저는 추적성을 위해 PCB에 부품 번호와 팩 코드 등을 새겨줍니다.

MLC PCB의 표면 마감 비교:

7최종 조립 및 테스트: 성능 검증
마지막 단계는 구성 요소를 장착하고 PCB의 기능을 확인하는 것입니다.
1부품 배치: SMC (예: 저항, 콘덴서, IC) 는 선택 및 위치 기계 (± 10μm 정확도) 를 사용하여 배치됩니다.
2재공유: PCB는 재공유 오븐에서 가열됩니다 (최고 온도: 납 없는 용액에 260°C) 용액 페이스트와 결합 구성 요소를 녹이기 위해.
3세탁: 수분 청소는 부식 원인이 될 수 있는 유동 유출물 잔해를 제거합니다.
4기능 테스트: PCB는 전기 연속성, 임피던스 (50Ω 설계에 ± 1Ω) 및 신호 무결성 (고주파 보드에 대한 VNA를 사용하여) 를 테스트합니다.
5환경 테스트: 높은 신뢰성 애플리케이션을 위해 PCB는 내구성을 보장하기 위해 열 사이클 (-40 °C ~ + 150 °C, 1000 사이클) 및 진동 테스트 (10 ∼ 2000 Hz, 10G 가속) 를 수행합니다.

품질 관리: MLC PCB의 결함을 방지
MLC PCB는 안전에 중요한 응용 프로그램 (예: EV BMS, 항공 우주 레이더) 에서 사용됩니다. 따라서 품질 관리 (QC) 는 제조의 모든 단계에 내장되어 있습니다. 아래는 결함이 발견되고 예방되는 방법입니다.

1원자재 QC: 문제점 조기 발견
a. 파우더 순수성: XRF 분석은 불순물이 <0.1%인 것을 보장합니다. 작은 양의 철도조차도 열전도성을 줄일 수 있습니다.
b.결합물의 일관성: 푸리에 변환 적외선 (FTIR) 스펙트럼술은 합합물의 조성을 확인하여 합성 수축 문제를 방지합니다.
시트 균일성: 레이저 프로파일러로 세라믹 시트 두께 (±2μm) 및 표면 거칠성 (Ra <0.5μm) 을 검사하여 라미네이션 틈을 피합니다.

2QC: 생산 중간에 결함을 막기
a. 레이어 정렬: 광학 정렬 시스템 (±5μm 정확도) 은 쌓인 레이어를 검사합니다.
b.비아 품질: 엑스레이 검사 (20μm 해상도) 는 채우기를 통해 확인합니다. 비아 부피의 >10%가 거부됩니다.
시너링 밀도: 아키메데스 원리 기준으로 세라믹 밀도가 이론적 값의 <95%인 시너링은 불완전하다.

3최종 QC: 끝에서 끝까지 성능 검증
a. 전기 테스트: 비행 탐사 시험기는 열기/단장 (100% 커버리지) 및 임피던스 안정성 (±1Ω) 을 검사한다.
b.열성 검사: 레이저 플래시 분석기가 열전도도를 측정합니다. 스펙의 <90%의 값은 결함을 나타냅니다.
c.기계 테스트: 플렉서럴 강도 테스트 (ASTM C1161에 따라) 는 PCB가 취급을 견딜 수 있는지 확인합니다. 알루미나에 대한 강도 <300 MPa가 거부됩니다.
신뢰성 테스트: 가속 수명 테스트 (ALT) 는 장기적인 성능을 예측하기 위해 10년 사용 (예를 들어 1000 열주기) 을 시뮬레이션합니다.

데이터 포인트: 엄격한 QC는 MLC PCB 결함 비율을 항공우주 응용 분야에 0.1%까지 감소시킵니다. 현장에서 비용이 많이 드는 장애를 피하기 위해 중요합니다.

MLC PCB 응용 및 미래 추세
MLC PCB는 성능, 신뢰성 및 온도 저항성이 협상 불가능한 산업에서 필수적입니다. 다음은 주요 사용 사례와 신흥 추세입니다.

산업별 주요 응용 분야

MLC PCB를 형성하는 미래 트렌드
1소형화 및 더 높은 밀도:더 작은 IoT 장치와 5G 모듈에 대한 수요는 고급 레이저 파도 및 얇은 세라믹 시트 (50μm) 로 가능하게 된 20+ 계층과 마이크로 비아 <50μm의 MLC PCB를 유도하고 있습니다..
2친환경 제조: 낮은 에너지 소금화 (전통 오븐 대신 마이크로 웨이브 오븐을 사용) 는 에너지 사용량을 40% 줄입니다. 재활용 가능한 결합제 (예를 들어 식물성 폴리머) 는 폐기물을 줄입니다.
3.새로운 세라믹 재료: 실리콘 탄화물 (SiC) 및 붕산 (BN) 세라믹이 등장하고 있습니다.
4.임베디드 컴포넌트: 비활성 컴포넌트 (레시스터, 콘덴서) 는 공간을 절약하기 위해 세라믹 층 안에 임베디드되어 있습니다.

FAQ: MLC PCB에 관한 일반적인 질문
1왜 MLC PCB가 FR4 PCB보다 비싸지?
MLC PCB는 다음과 같은 이유로 FR4보다 5~10배 더 비싸다.
a.특수한 재료 (알루미나/AlN는 FR4보다 10배 더 비싸다.)
b. 정밀 제조 (레이저 드릴링, 진공 합금)
c. 엄격한 QC (X선, 열 검사)
그러나, 그들의 더 긴 수명 (10x 대 FR4) 및 낮은 유지 보수 비용은 높은 신뢰성 응용 프로그램에 대한 비용 효율성을 만듭니다.

2MLC PCB는 특정 애플리케이션에 맞게 맞춤화 될 수 있습니까?
네, 사용자 정의 옵션은 다음을 포함합니다.
a.물질 선택 (비용에 알루미나, 고열에 AlN).
b.층 수 (4~20층)
c. 경로 크기 (50 ∼ 500μm)
d. 표면 마감 (항공우주용 ENIG, 자동차용 몰입 은).
e. 컴포넌트 임베디션 (미니어처리).

3MLC PCB의 전형적인 납품 시간은 얼마입니까?
진행시간은 복잡도에 따라 달라집니다.
a. 프로토타입 (1~10개): 2~4주 ( Sintering 및 테스트 포함)
b.작은 팩 (100~500개): 4~6주
c.대량 (1000개 이상): 6~8주.
납품 시간은 FR4보다 길어 2~3일 소요되는 합금 과정으로 인해 (1~2주) 이다.

결론: MLC PCBs 다음 세대 전자제품의 척추
다층 세라믹 PCB는 전통적인 PCB에 대한 "고성능" 대안일 뿐만 아니라 가장 까다로운 전자 애플리케이션에 필수적입니다.열전도성 특유의 조합, 온도 저항성, 신호 무결성은 EV, 5G, 항공우주, 의료기기 분야에서 한 때 불가능했던 혁신을 가능하게 합니다.

MLC PCB의 제조 과정은 재료 준비와 층 쌓기, 합금 및 QC에 이르기까지 정확성, 전문 장비 및 품질에 초점을 맞추고 있습니다.분말 순수성 검사에서 열순환 테스트까지, 안전성이 중요한 환경에서 신뢰성을 보장하도록 설계되었습니다.

전자 산업이 더 높은 전력, 더 높은 주파수, 더 작은 형태 요소로 발전함에 따라, MLC PCB는 더욱 큰 역할을 할 것입니다.그리고 새로운 세라믹 재료는 IoT로 활용을 확대할 것입니다., 웨어러블 기기, 그리고 초고력 전기차.

엔지니어와 구매자에게는 MLC PCB 제조를 이해하는 것이 프로젝트의 올바른 기술을 선택하는 데 핵심입니다. 재료 선택, 프로세스 제어 및 품질 테스트에 우선 순위를 부여함으로써,MLC PCB를 활용하여 보다 안전한 전자제품을 만들 수 있습니다., 더 신뢰할 수 있으며 현대 세계의 요구에 더 적합합니다. 고성능 전자 제품의 미래는 세라믹이며 MLC PCB가 길을 개척하고 있습니다.