2025-10-24
세라믹 PCB는 탁월한 열 전도성과 고온 저항 덕분에 EV 인버터, 항공우주 센서 및 의료용 임플란트에 전원을 공급하는 극한 전자 장치의 중추입니다. 그러나 기본 세라믹 PCB 제조(소결 + 금속화)는 잘 문서화되어 있지만, 수율이 높고 신뢰성이 높은 보드와 결함이 있는 보드를 구분하는 세부 최적화는 철저히 보호되는 비밀로 남아 있습니다.
플라즈마 활성화 금속화부터 AI 조정 소결 매개변수까지, 고급 세라믹 PCB 제조는 공정의 모든 단계를 개선하여 결함(예: 박리, 금속층 박리)을 제거하고 성능을 향상시키는 데 달려 있습니다. 이 2025 가이드는 LT CIRCUIT와 같은 최고의 제조업체가 99.8% 수율, 3배 더 긴 수명, 50% 더 낮은 고장률로 세라믹 PCB를 생산하는 데 사용하는 고급 기술 및 최적화 전략에 대해 자세히 설명합니다. 800V EV를 설계하는 엔지니어이든 의료용 PCB를 소싱하는 구매자이든 관계없이 이는 세라믹 PCB 제조를 처음부터 끝까지 마스터하기 위한 로드맵입니다.
주요 시사점
1. 프로세스 선택에 따라 성능이 결정됩니다. 두꺼운 필름 인쇄는 저비용 산업 응용 분야에 이상적인 반면, 얇은 필름 스퍼터링은 5G mmWave에 5μm 정밀도를 제공합니다. 각 프로세스에는 고유한 최적화가 필요합니다.
2. 세부 최적화로 결함 80% 감소: 세라믹 기판의 플라즈마 활성화로 금속-세라믹 결합 강도가 40% 향상되고, 소결 속도 제어로 균열 문제가 90% 제거됩니다.
3.DCB 대 LTCC/HTCC: DCB(직접 구리 결합)는 고전력 EV 애플리케이션에 탁월한 반면 LTCC/HTCC는 다층 통합을 주도합니다. 최적화 우선순위는 각 기술에 따라 달라집니다.
4. 일반적인 결함에는 간단한 수정이 있습니다. 박리(수정: 플라즈마 전처리), 금속 층 박리(수정: Ti/Pt 접착층) 및 소결 균열(수정: 램프 속도 <5°C/min)은 목표한 조정을 통해 피할 수 있습니다.
5.AI 기반 최적화가 미래입니다. 이제 기계 학습 도구가 소결 및 금속화 매개변수를 실시간으로 조정하여 공정 개발 시간을 60% 단축합니다.
소개: 기본 세라믹 PCB 제조가 충분하지 않은 이유
기본 세라믹 PCB 제조는 기판 준비 → 금속화 → 소결 → 마감 등 선형 작업 흐름을 따르지만 이러한 일률적인 접근 방식은 극한의 응용 분야에서는 실패합니다. 예를 들어:
a최적화되지 않은 박막 스퍼터링을 사용하는 5G mmWave 모듈은 금속층이 고르지 않아 2dB의 신호 손실이 발생할 수 있습니다.
b. 표준 DCB 본딩으로 제작된 EV 인버터 PCB는 500회의 열 주기 후에 박리될 수 있습니다(최적화된 매개변수의 경우 10,000회).
c 소결 제어가 불량한 의료용 임플란트 PCB에는 유체 유입 및 장치 고장을 초래하는 미세 균열이 발생할 수 있습니다.
해결책? 각 제조 단계의 고유한 문제점을 해결하는 고급 프로세스 최적화입니다. 아래에서는 핵심 세라믹 PCB 제조 공정, 고급 조정 및 이러한 변경 사항이 어떻게 더 나은 수율, 신뢰성 및 성능으로 변환되는지 분석합니다.
1장: 핵심 세라믹 PCB 제조 공정 – 기초
최적화에 들어가기 전에 각각 고유한 장점, 한계 및 최적화 수단이 있는 5가지 핵심 세라믹 PCB 제조 공정을 숙지하는 것이 중요합니다.
| 프로세스 | 핵심 단계 | 주요 사용 사례 | 기준 수율(최적화되지 않음) |
|---|---|---|---|
| 후막 인쇄 | 스크린 인쇄 전도성 페이스트(Ag/Pt) → 건조(120°C) → 소결(850~950°C) | 산업용 LED, 저전력 센서 | 85~90% |
| 박막 스퍼터링 | 플라즈마 클린 기판 → 스퍼터 접착층(Ti/Pt) → 스퍼터 Cu/Au → 레이저 식각 | 5G mmWave, 의료용 마이크로 센서 | 80~85% |
| 직접 구리 결합(DCB) | 동박 + 세라믹 기판 → 가열(1000°C) + 압력(20MPa) → 냉각 | EV 인버터, 고전력 IGBT 모듈 | 88~92% |
| LTCC(저온 동시 소성 세라믹) | 세라믹 그린 시트 적층 → 펀치 비아 → 인쇄 도체 → 스택 → 소결(850–950°C) | 다층 RF 모듈, 마이크로 위성 | 82~88% |
| HTCC(고온 동시 소성 세라믹) | 세라믹 그린 시트 적층 → 펀치 비아 → W/Mo 도체 인쇄 → 스택 → 소결(1500~1800°C) | 항공우주 센서, 핵 모니터 | 78~85% |
핵심 프로세스에 대한 주요 사항
1.후막: 저비용, 높은 처리량, 제한된 정밀도(±50μm) - 중요하지 않은 부품의 대량 생산에 이상적입니다.
2.박막: 고정밀(±5μm), 신호 손실이 낮지만 비용이 높으므로 고주파수 및 마이크로 전자 응용 분야에 적합합니다.
3.DCB: 탁월한 열 전도성(200+ W/mK), 높은 전류 처리 - EV 및 산업용 전력 전자 장치의 표준입니다.
4.LTCC: 다층 통합(최대 50개 층), 내장 수동 소자 - 소형화된 RF 및 항공우주 장치에 중요합니다.
5.HTCC: 극한 온도 저항(1200°C+), 방사선 경화 - 열악한 환경의 전자 장치에 사용됩니다.
각 공정에는 고유한 최적화 우선순위가 있습니다. 두꺼운 필름에는 페이스트 점도 조정이 필요하고, 얇은 필름에는 플라즈마 세정 최적화가 필요하며, DCB는 접합 온도/압력 제어에 따라 달라집니다.
2장: 고급 프로세스 최적화 – 좋은 것에서 위대한 것으로
좋은 세라믹 PCB와 훌륭한 PCB의 차이점은 핵심 프로세스의 모든 세부 사항을 최적화하는 데 있습니다. 다음은 각 기술에 대한 가장 영향력 있는 조정 사항에 대한 심층 분석입니다.
2.1 후막 인쇄 최적화
후막 인쇄는 세라믹 PCB 제조의 핵심이지만 최적화되지 않은 매개변수로 인해 페이스트 증착이 고르지 않고 소결이 불량하며 결함률이 높아집니다. 이를 구체화하는 방법은 다음과 같습니다.
주요 최적화 수단
| 최적화 영역 | 최적화되지 않은 연습 | 고급 조정 | 결과 |
|---|---|---|---|
| 페이스트 점도 | 모든 용도에 적용 가능(10,000cP) | 스크린 메시에 맞게 조정(8,000~12,000cP) | 균일한 층 두께(±5μm 대 ±20μm) |
| 스퀴지 압력 | 고정(30N/cm²) | 면적별 가변 압력(25~35N/cm²) | 미세한 흔적 사이에 페이스트 연결이 없음 |
| 건조 온도 | 일정(120°C에서 30분) | 단계 건조(80°C → 120°C → 150°C) | 페이스트 균열이나 거품이 발생하지 않음 |
| 소결분위기 | 공기 | 질소(O2 < 500ppm) | 은산화 감소(손실 30% 감소) |
| 소결 후 세척 | 물로 헹구기 | 초음파 + 이소프로필 알코올 | 99% 페이스트 잔여물 제거 |
실제 영향
산업용 LED PCB 제조업체는 200메시 스크린에 맞게 페이스트 점도를 조정하고 질소 소결로 전환하여 후막 공정을 최적화했습니다. 균일한 도체층으로 인해 수율은 87%에서 96%로 증가했고, LED 열 저항은 15%(5°C/W에서 4.25°C/W로) 감소했습니다.
2.2 박막 스퍼터링 최적화
박막 스퍼터링은 고주파 및 마이크로 전자 응용 분야에 필요한 정밀도를 제공하지만 공정 매개변수의 작은 편차라도 신호 손실 및 접착 문제를 유발합니다. 고급 플레이북은 다음과 같습니다.
주요 최적화 수단
| 최적화 영역 | 최적화되지 않은 연습 | 고급 조정 | 결과 |
|---|---|---|---|
| 기판 전처리 | 기본 알코올 물티슈 | 플라즈마 활성화(Ar/O2, 5분) | 결합 강도가 0.8N/mm에서 1.2N/mm로 향상되었습니다. |
| 접착층 | 단층 Ti(100nm) | Ti/Pt 이중층(50nm Ti + 50nm Pt) | 금속층 박리율이 8%에서 <1%로 감소 |
| 스퍼터링 압력 | 고정(5mTorr) | 금속에 의한 동압(3~7mTorr) | 필름 균일성 ±2% 대 ±8% |
| 목표 전력 밀도 | 상수(10W/cm²) | 램프 전력(5→10→8 W/cm²) | 타겟 중독 없음(Cu/Au 필름) |
| 에칭 후 세척 | 플라즈마재만 | 플라즈마 애쉬 + 습식 식각(HCl:H2O = 1:10) | 에칭 잔여물 없음(RF 경로에 중요) |
RF 성능에 미치는 영향
5G mmWave 모듈 제조업체는 플라즈마 전처리 및 Ti/Pt 접착층을 사용하여 박막 공정을 최적화했습니다. 28GHz에서의 신호 손실은 0.5dB/mm에서 0.3dB/mm로 감소했으며, 모듈은 금속층 박리 없이 10,000회의 열 사이클을 통과하여 최적화되지 않은 보드(2,000사이클에서 실패)를 능가했습니다.
2.3 직접 구리 결합(DCB) 최적화
DCB는 고전력 세라믹 PCB(EV 인버터, IGBT 모듈)에 선호되는 공정이지만 접합 온도, 압력 및 대기 제어가 성패를 좌우합니다. 안정성을 극대화하기 위해 DCB를 최적화하는 방법은 다음과 같습니다.
주요 최적화 수단
| 최적화 영역 | 최적화되지 않은 연습 | 고급 조정 | 결과 |
|---|---|---|---|
| 결합 온도 | 고정(1065°C) | 기판에 맞게 보정됨(1050~1080°C) | 세라믹 균열 없음(30% 감소) |
| 접착 압력 | 고정(20MPa) | 면적별 가변 압력(15~25MPa) | 균일한 구리-세라믹 결합 |
| 분위기 제어 | 순수한 질소 | 질소 + 5% 수소(환원가스) | 무산화물 구리 표면(납땜성 향상) |
| 냉각 속도 | 제어되지 않음(20°C/분) | 제어됨(5°C/분) | 열응력 감소(40% 낮음) |
| 구리 포일 표면 | 제품 수령 당시(거칠기 0.5μm) | 전해연마(거칠기 0.1μm) | 열전도율 향상(5% 높음) |
EV 인버터 적용 결과
한 선도적인 EV 제조업체는 질소-수소 대기로 전환하고 냉각을 제어하여 800V 인버터용 DCB 프로세스를 최적화했습니다. PCB는 박리 현상 없이 10,000회의 열 사이클(-40°C ~ 150°C)을 견뎌냈으며, 열 전달 개선으로 인버터 효율이 2%(97.5%에서 99.5%) 증가했습니다.
2.4 LTCC/HTCC 동시 실행 최적화
LTCC(저온) 및 HTCC(고온) 동시 소성은 수동 소자가 내장된 다층 세라믹 PCB를 가능하게 하지만 층 정렬 및 소결 수축이 주요 과제입니다. 최적화하는 방법은 다음과 같습니다.
LTCC 최적화
| 최적화 영역 | 최적화되지 않은 연습 | 고급 조정 | 결과 |
|---|---|---|---|
| 그린시트 두께 | 균일(100μm) | 층별 테이퍼형(80–120μm) | 변형 감소(50μm에서 10μm로) |
| 펀칭을 통해 | 수동 정렬 | 레이저 펀칭 + 비전 정렬 | 비아층 정렬 ±5μm 대 ±20μm |
| 소결 프로필 | 선형(10°C/분) | 단계소결(5→10→5°C/min) | 층 박리 현상 없음(95% 감소) |
| 도체 페이스트 | 실버 전용 | 은-팔라듐(90:10) | 접착력 향상(2배 더 강함) |
HTCC 최적화
| 최적화 영역 | 최적화되지 않은 연습 | 고급 조정 | 결과 |
|---|---|---|---|
| 세라믹 파우더 | 받은 그대로 (입자 크기 5μm) | 밀링(입자 크기 1μm) | 소결 밀도가 92%에서 98%로 향상되었습니다. |
| 도체 재료 | 텅스텐 전용 | 텅스텐-몰리브덴(95:5) | 더 나은 전도성(15% 더 높음) |
| 소결분위기 | 아르곤 | 진공(10⁻⁴ Torr) | 텅스텐 산화 감소 |
| 소결 후 가공 | 그라인딩 전용 | 그라인딩 + 래핑 | 표면 평탄도 ±2μm 대 ±10μm |
위성송수신기 적용 결과
NASA는 밀링된 세라믹 분말과 진공 소결을 사용하여 심우주 위성 송수신기에 대한 HTCC 공정을 최적화했습니다. 30층 PCB는 ±5μm 층 정렬을 달성했으며 방사선 저항이 20% 증가했습니다(80krad에서 96krad로). 이는 생존 우주 방사선에 매우 중요합니다.
3장: 일반적인 세라믹 PCB 제조 결함 및 수정 사항
고급 프로세스를 사용하더라도 결함이 발생할 수 있지만 목표한 최적화를 통해 거의 모든 것을 방지할 수 있습니다. 다음은 가장 일반적인 문제, 근본 원인 및 입증된 수정 사항입니다.
| 결함 | 근본 원인 | 고급 수정 | 결과(결함 감소) |
|---|---|---|---|
| 박리(금속-세라믹) | 기판 세척 불량, 접착층 없음 | 플라즈마 활성화(Ar/O₂) + Ti/Pt 이중층 | 90% 감소(불량률 10%에서 1%로) |
| 소결 균열 | 빠른 가열/냉각 속도, 고르지 못한 압력 | 램프 속도 <5°C/min + 균일한 압력 플레이트 | 85% 감소(12%에서 1.8%로) |
| 금속층 박리 | 접착층이 약해 소결시 산화됨 | 전해연마동+환원분위기 | 95% 감소(8%에서 0.4%로) |
| 고르지 않은 도체 층 | 페이스트 점도 불일치, 스퀴지 압력 변화 | 가변 점도 + 압력 매핑 | 75% 감소(15%에서 3.75%로) |
| 정렬 불량(LTCC/HTCC)을 통해 | 수동 펀칭, 레이어 등록 불량 | 레이저 펀칭 + 비전 정렬 | 80% 감소(20%에서 4%로) |
| 기판의 미세 균열 | 냉각 중 열 응력, 부서지기 쉬운 세라믹 | 제어된 냉각 + 가장자리 모따기 | 70% 감소(7%에서 2.1%로) |
사례 연구: 의료용 세라믹 PCB의 박리 고정
한 의료 기기 제조업체는 ZrO2 세라믹 PCB(이식형 센서에 사용)의 박리율 12% 문제로 어려움을 겪고 있었습니다. 근본 원인: 기본 알코올 세척으로 인해 세라믹 표면에 유기 잔류물이 남아 금속-세라믹 결합이 약화됩니다.
최적화 수정:
1.알코올 세척을 플라즈마 활성화(Ar/O2 가스, 100W에서 5분)로 대체합니다.
2. Au를 스퍼터링하기 전에 50nm Ti 접착층을 추가합니다.
결과: 박리율은 0.8%로 떨어졌고, PCB는 5년간의 임상시험을 실패 없이 통과했습니다.
4장: 프로세스 비교 – 귀하에게 적합한 고급 프로세스는 무엇입니까?
올바른 고급 프로세스를 선택하는 것은 애플리케이션의 성능, 비용 및 볼륨 요구 사항에 따라 달라집니다. 다음은 최적화된 프로세스를 자세히 비교한 것입니다.
| 요인 | 후막(최적화) | 박막(최적화) | DCB(최적화) | LTCC(최적화) | HTCC(최적화) |
|---|---|---|---|---|---|
| 정밀도(선/공간) | ±20μm | ±5μm | ±10μm | ±15μm | ±10μm |
| 열전도율 | 24~30W/mK(Al2O₃) | 170~220W/mK(AlN) | 180~220W/mK(AlN) | 20~30W/mK(Al2O₃) | 80~100W/mK(Si₃N₄) |
| 비용(평방인치당) | $1~$3 | $5~$10 | $3~$6 | $4~$8 | $8~$15 |
| 볼륨 적합성 | 높음(10,000개 이상 단위) | 낮음-중간(<5,000개 단위) | 높음(10,000개 이상 단위) | 중간(5,000~10,000개 단위) | 낮음(<5,000개 단위) |
| 주요 용도 | 산업용 LED, 센서 | 5G mmWave, 의료용 마이크로센서 | EV 인버터, IGBT 모듈 | 다층 RF 모듈, 마이크로 위성 | 항공우주 센서, 핵 모니터 |
| 최적화된 수율 | 96~98% | 92~95% | 97~99% | 93~96% | 90~93% |
의사결정 프레임워크
1. 고전력 + 고용량: DCB(EV 인버터, 산업용 전원 공급 장치).
2.고주파 + 정밀도: 박막(5G mmWave, 의료용 마이크로센서).
3. 다층 집적화 + 소형화: LTCC(RF 모듈, 마이크로 위성).
4.극한 온도 + 방사선: HTCC(항공우주, 핵).
5.저비용 + 대용량: 후막(산업용 LED, 기본 센서).
5장: 미래 동향 – 세라믹 PCB 제조의 차세대 개척지
AI, 적층 제조, 친환경 기술을 중심으로 고급 최적화가 빠르게 발전하고 있습니다. 미래를 형성하는 트렌드는 다음과 같습니다.
5.1 AI 기반 프로세스 최적화
이제 기계 학습(ML) 도구는 소결로, 스퍼터링 시스템 및 프린터의 실시간 데이터를 분석하여 즉시 매개변수를 조정합니다. 예를 들어:
a.LT CIRCUIT는 ML 알고리즘을 사용하여 세라믹 배치 특성에 따라 소결 온도와 압력을 조정하여 공정 개발 시간을 6개월에서 2개월로 단축합니다.
b.AI 비전 시스템은 99.9%의 정확도로 박막층의 결함을 검사하여 인간 검사자가 놓친 문제를 잡아냅니다.
5.2 3D 프린팅 세라믹 PCB
적층 가공(3D 프린팅)은 세라믹 PCB 생산에 혁명을 일으키고 있습니다.
a. 바인더 제팅: 비아가 내장된 복잡한 세라믹 기판을 인쇄하여 재료 낭비를 40% 줄입니다.
b.직접 잉크 쓰기: 3D 인쇄 세라믹에 직접 후막 도체를 인쇄하여 스크린 인쇄 단계를 제거합니다.
5.3 친환경 제조 최적화
지속 가능성이 핵심 동인이 되고 있습니다.
a.Microwave Sintering: 기존 전기로를 대체하여 에너지 사용량을 30% 줄입니다.
b.재활용 세라믹 파우더: 세라믹 폐기물의 70%를 재사용하여 탄소 배출량을 25% 줄입니다.
c.수성 전도성 페이스트: 용제형 페이스트를 대체하여 휘발성 유기 화합물(VOC)을 제거합니다.
5.4 하이브리드 프로세스 통합
여러 고급 프로세스를 결합하여 비교할 수 없는 성능을 제공합니다.
a.박막 + DCB: 고전력 5G 기지국용 DCB 기판의 박막 RF 트레이스입니다.
b.LTCC + 3D 프린팅: 위성 송수신기용 안테나가 내장된 3D 프린팅 LTCC 그린 시트입니다.
6장: FAQ – 고급 세라믹 PCB 제조 관련 질문에 대한 답변
Q1: 고급 프로세스 최적화 비용은 얼마이며, 그만한 가치가 있습니까?
A1: 최적화는 일반적으로 선행 프로세스 개발 비용에 10~20%를 추가하지만 더 높은 수율과 더 낮은 실패율을 통해 장기 비용을 30~50% 줄입니다. 중요한 애플리케이션(EV, 의료)의 경우 ROI는 2년 이내에 3배입니다.
Q2: 대량 생산을 위해 박막 스퍼터링을 확장할 수 있습니까?
A2: 예. 인라인 스퍼터링 시스템과 자동화를 통해 박막은 월 10,000개 이상의 단위를 처리할 수 있습니다. 핵심은 기판 처리(예: 로봇 로딩)를 최적화하여 사이클 시간을 줄이는 것입니다.
Q3: 수율 최적화와 성능 최적화의 차이점은 무엇입니까?
A3: 수율 최적화는 결함(예: 박리, 균열) 감소에 중점을 두는 반면, 성능 최적화는 열 전도성(예: DCB 구리 연마) 또는 신호 손실(예: 박막 균일성)을 목표로 합니다. 대부분의 애플리케이션에서는 두 가지 모두 중요합니다.
Q4: 내 프로세스가 최적화되었는지 어떻게 검증합니까?
A4: 주요 지표는 다음과 같습니다.
a. 수율(최적화된 프로세스의 경우 >95%).
b.접착 강도(금속-세라믹의 경우 >1.0 N/mm).
c.열 전도성(재료 사양을 충족하거나 초과함).
d.열 주기 생존(EV/산업용 >10,000주기).
Q5: 6G mmWave 애플리케이션에 가장 적합한 고급 프로세스는 무엇입니까?
A5: 플라즈마 전처리 및 Ti/Pt 접착층으로 최적화된 AlN 기판의 박막 스퍼터링은 6G에 필요한 낮은 신호 손실(100GHz에서 <0.2dB/mm)과 정밀도를 제공합니다.
결론: 고급 최적화는 세라믹 PCB 우수성의 핵심입니다
세라믹 PCB는 더 이상 단순한 "특수" 부품이 아닙니다. 차세대 전자 장치에 필수적인 부품입니다. 그러나 잠재력을 최대한 활용하려면 기본적인 제조 이상의 것이 필요합니다. 기판 청소부터 소결 냉각 속도까지 모든 세부 사항을 목표로 하는 고급 공정 최적화가 필요합니다.
시사점은 분명합니다.
a. 귀하의 애플리케이션에 적합한 프로세스를 선택하십시오(전력용 DCB, 정밀용 박막, 통합용 LTCC).
b.목표한 조정(박리를 위한 플라즈마, 균열을 위한 제어된 냉각)을 통해 일반적인 결함을 수정합니다.
c.미래 트렌드(AI, 3D 프린팅)를 수용하여 앞서 나가세요.
제조업체와 설계자에게는 고급 세라믹 PCB 제조 및 최적화를 전문으로 하는 LT CIRCUIT와 같은 공급업체와 협력하는 것이 중요합니다. 귀하의 고유한 요구 사항에 맞는 튜닝 프로세스에 대한 전문 지식을 통해 극한 환경에서도 안정적이고 효율적이며 내구성이 뛰어난 PCB를 얻을 수 있습니다.
세라믹 PCB 제조의 미래는 단순히 보드를 만드는 것이 아니라 정밀도, 데이터 및 혁신을 통해 보드를 더 좋게 만드는 것입니다. 우수성을 향한 길을 최적화할 준비가 되셨습니까?
문의사항을 직접 저희에게 보내세요
