Керамическая PCB - Сапфировая печатная плата

Сапфировая печатная плата - это технология сборки и подключения электронных компонентов, которая позволяет печатать схемы на сапфировых подложках. Сапфировые печатные платы обладают превосходными физическими и химическими свойствами, что делает их идеальным выбором в определенных областях применения.

В состав сапфира входит оксид алюминия (Al2O3), который образуется в результате ковалентной связи трех атомов кислорода и двух атомов алюминия. Его кристаллическая структура представляет собой гексагональную решетку. Он широко используется в плоскостях огранки, таких как A-плоскость, C-плоскость и R-плоскость. Благодаря широкому диапазону оптического пропускания сапфир обладает хорошей прозрачностью в диапазоне от ближнего ультрафиолетового света (190 нм) до среднего инфракрасного света. Поэтому он широко используется в оптических компонентах, инфракрасных приборах, материалах для линз лазеров высокой интенсивности и масках.

Сапфир обладает такими характеристиками, как высокая скорость звука, термостойкость, коррозионная стойкость, высокая твердость, прозрачность и высокая температура плавления (2045 ℃). Это материал, который довольно сложно обрабатывать, поэтому его часто используют в качестве материала для оптоэлектронных компонентов. В настоящее время качество бело-синих светодиодов сверхвысокой яркости зависит от качества эпитаксиального материала из нитрида галлия (GaN), которое тесно связано с качеством обработки поверхности используемой сапфировой подложки. Несоответствие постоянной решетки между C-поверхностью сапфира (монокристалла Al2O3) и нанесенными пленками III-V и II-VI невелико, и это соответствует требованиям к высокой термостойкости в процессе эпитаксии GaN, что делает сапфировые кристаллы ключевым материалом для производства белых/синих/зеленых светодиодов.

Характеристики сапфировой печатной платы

Физические свойства: Сапфировая подложка обладает чрезвычайно высокой твердостью, уступающей только алмазной, достигая 9-го уровня твердости по шкале Мооса. Она также обладает высокой температурой плавления, высокой теплопроводностью и превосходной оптической прозрачностью.

Электрические характеристики: Сапфировая подложка обладает хорошими изоляционными свойствами и высоким напряжением пробоя, что может обеспечить хорошую электрическую изоляцию и целостность сигнала.

Термостойкость: Сапфировая подложка обладает низким коэффициентом теплового расширения и отличной теплопроводностью, что позволяет ей сохранять стабильность в условиях высоких температур и обладает хорошими показателями рассеивания тепла.

Коррозионная стойкость: Сапфировая подложка обладает отличной коррозионной стойкостью и высокой стойкостью к кислотам, щелочам и химическим растворам.

Применение в оптике: Благодаря своей высокой прозрачности и превосходным оптическим свойствам сапфировые подложки широко используются в таких областях, как лазеры, оптоэлектронные устройства и светодиодная упаковка.

Высокочастотные электронные устройства: Сапфировая печатная плата широко используется в радиочастотных (RF) и микроволновых электронных устройствах благодаря их низким диэлектрическим потерям и отличным высокочастотным характеристикам.

Электронные устройства высокой мощности: Сапфировые печатные платы выдерживают работу в условиях высокой мощности и подходят для изготовления мощных электронных устройств, таких как усилители мощности и преобразователи энергии.

Оптоэлектронные устройства: Сапфировые печатные платы находят важное применение в оптоэлектронных устройствах, таких как фотодиоды и фототранзисторы.

Процесс изготовления сапфировой подложки для печатных плат

Сапфировые подложки проходят несколько процессов, включая резку, грубую шлифовку, тонкую шлифовку и полировку, прежде чем стать подходящей подложкой.

Резка: Резка - это процесс разрезания стержней сапфирового стекла на необработанные куски толщиной около 500 мкм с помощью станка для резки проволоки. В этом процессе алмазная проволочная пила является наиболее важным расходным материалом.

Грубая полировка: Поверхность сапфира после огранки очень шероховатая и требует грубой полировки для устранения более глубоких царапин и улучшения общей ровности. На этом этапе для шлифования в основном используется 50-80 мкм B4C и охлаждающая жидкость, а шероховатость поверхности Ra после шлифования составляет около 1 мкм.

Тонкая полировка: Следующим этапом является более точная обработка, поскольку это напрямую влияет на выход и качество конечного продукта. В настоящее время стандартизованная толщина 2-дюймовой сапфировой подложки составляет 430 мкм, поэтому при точной полировке общая толщина снимаемого материала составляет около 30 мкм. Учитывая скорость удаления и конечную шероховатость поверхности Ra, этот этап в основном выполняется путем притирки жидким поликристаллическим алмазом и оловянным диском из смолы.

Большинство производителей сапфировых подложек используют шлифовальные станки для получения жидкого поликристаллического алмаза, чтобы добиться стабильности. Для получения микропорошка из жидкого поликристаллического алмаза, как правило, требуется, чтобы размер частиц был концентрированным, а морфология - правильной, что может обеспечить длительное усилие резания и относительно равномерные царапины на поверхности.

Сапфировая печатная плата обладает превосходными физическими, электрическими и химическими свойствами, что делает ее пригодной для производства электроники при высоких температурах, высокой частоте, высокой мощности и оптических применениях.