Verder dan de basis: Geavanceerde keramische PCB-productieprocessen & optimalisatiegeheimen (2025)

Keramische PCB's zijn de ruggengraat van extreme elektronica - ze voeden EV-omvormers, lucht- en ruimtevaartsensoren en medische implantaten - dankzij hun ongeëvenaarde thermische geleidbaarheid en bestandheid tegen hoge temperaturen. Maar hoewel de basisproductie van keramische PCB's (sinteren + metallisatie) goed gedocumenteerd is, blijft de detailoptimalisatie die hoogwaardige, zeer betrouwbare boards onderscheidt van defecte boards een goed bewaard geheim.

Van plasma-geactiveerde metallisatie tot AI-gestuurde sinterparameters, geavanceerde productie van keramische PCB's draait om het verfijnen van elke stap van het proces om defecten (bijv. delaminatie, afpellen van metaallagen) te elimineren en de prestaties te verbeteren. Deze gids uit 2025 duikt diep in de geavanceerde ambachten en optimalisatietactieken die topfabrikanten zoals LT CIRCUIT gebruiken om keramische PCB's te produceren met opbrengstpercentages van 99,8%, 3x langere levensduur en 50% lagere uitvalpercentages. Of u nu een ingenieur bent die ontwerpt voor 800V EV's of een koper die PCB's van medische kwaliteit inkoopt, dit is uw routekaart om de productie van keramische PCB's van begin tot eind onder de knie te krijgen.

Belangrijkste leerpunten
  1. Proceskeuze definieert prestaties: dikke-filmprinten is ideaal voor goedkope industriële toepassingen, terwijl dunne-film sputtering 5μm precisie levert voor 5G mmWave - elk proces vereist unieke optimalisatie.
  2. Detailoptimalisatie vermindert defecten met 80%: plasma-activering van keramische substraten verhoogt de hechtsterkte van metaal-keramiek met 40%, terwijl de controle van de sinteringssnelheid 90% van de scheurproblemen elimineert.
  3. DCB vs. LTCC/HTCC: Direct Copper Bonding (DCB) blinkt uit in hoogvermogen EV-toepassingen, terwijl LTCC/HTCC toonaangevend is in meerlaagse integratie - optimalisatieprioriteiten verschuiven met elke technologie.
  4. Veelvoorkomende defecten hebben eenvoudige oplossingen: delaminatie (oplossing: plasma-voorbehandeling), afpellen van metaallagen (oplossing: Ti/Pt-hechtlagen) en sinteringsscheuren (oplossing: hellingssnelheid <5°C/min) zijn te voorkomen met gerichte aanpassingen.
  5. AI-gestuurde optimalisatie is de toekomst: machine learning-tools stemmen nu sinter- en metallisatieparameters in realtime af, waardoor de ontwikkelingstijd van het proces met 60% wordt verkort.

Inleiding: Waarom basisproductie van keramische PCB's niet genoeg is
De basisproductie van keramische PCB's volgt een lineaire workflow - substraatvoorbereiding → metallisatie → sinteren → afwerking - maar deze one-size-fits-all aanpak faalt in extreme toepassingen. Bijvoorbeeld:
 a. Een 5G mmWave-module die gebruikmaakt van niet-geoptimaliseerde dunne-film sputtering kan 2dB signaalverlies lijden als gevolg van ongelijke metaallagen.
 b. Een EV-omvormer PCB gemaakt met standaard DCB-verbinding kan na 500 thermische cycli delamineren (vs. 10.000 met geoptimaliseerde parameters).
 c. Een medische implantaat PCB met slechte sinteringscontrole kan microcracks ontwikkelen die leiden tot vloeistofinfiltratie en defecten in het apparaat.
De oplossing? Geavanceerde procesoptimalisatie die zich richt op de unieke pijnpunten van elke productiestap. Hieronder beschrijven we de kernprocessen voor de productie van keramische PCB's, hun geavanceerde aanpassingen en hoe deze veranderingen zich vertalen in een betere opbrengst, betrouwbaarheid en prestaties.

Hoofdstuk 1: Kernprocessen voor de productie van keramische PCB's – De basis
Voordat u in de optimalisatie duikt, is het cruciaal om de vijf kernprocessen voor de productie van keramische PCB's onder de knie te krijgen - elk met zijn eigen sterke punten, beperkingen en optimalisatiehefbomen:

Belangrijke opmerkingen over kernprocessen
 1. Dikke-film: lage kosten, hoge doorvoer, maar beperkte precisie (±50μm) - ideaal voor volumeproductie van niet-kritische componenten.
 2. Dunne-film: hoge precisie (±5μm), laag signaalverlies, maar hoge kosten - perfect voor hoogfrequente en micro-elektronische toepassingen.
 3. DCB: uitstekende thermische geleidbaarheid (200+ W/mK), hoge stroomverwerking - de gouden standaard voor EV en industriële vermogenselektronica.
 4. LTCC: meerlaagse integratie (tot 50 lagen), ingebouwde passieven - cruciaal voor geminiaturiseerde RF- en lucht- en ruimtevaartapparaten.
 5. HTCC: extreme temperatuurbestendigheid (1200°C+), stralingsharding - gebruikt in elektronica in zware omgevingen.
Elk proces heeft unieke optimalisatieprioriteiten: dikke-film heeft afstemming van de pasteuze viscositeit nodig, dunne-film vereist optimalisatie van de plasmareiniging en DCB is afhankelijk van de controle van de verbindings temperatuur/druk.

Hoofdstuk 2: Geavanceerde procesoptimalisatie – Van goed naar geweldig
Het verschil tussen een goede keramische PCB en een geweldige keramische PCB ligt in het optimaliseren van elk detail van de kernprocessen. Hieronder volgt een diepe duik in de meest impactvolle aanpassingen voor elke technologie:

2.1 Optimalisatie van dikke-filmprinten
Dikke-filmprinten is de werkpaard van de productie van keramische PCB's, maar niet-geoptimaliseerde parameters leiden tot ongelijke pasta-afzetting, slechte sintering en hoge defectpercentages. Hier leest u hoe u het kunt verfijnen:

Belangrijkste optimalisatiehefbomen

Impact in de praktijk
Een fabrikant van industriële LED-PCB's optimaliseerde zijn dikke-filmproces door de pasta-viscositeit aan te passen aan hun 200-mesh zeef en over te schakelen op stikstofsintering. De opbrengst steeg van 87% naar 96% en de thermische weerstand van de LED daalde met 15% (van 5°C/W naar 4,25°C/W) als gevolg van uniforme geleiderlagen.

2.2 Optimalisatie van dunne-film sputtering
Dunne-film sputtering levert de precisie die nodig is voor hoogfrequente en micro-elektronische toepassingen, maar zelfs kleine afwijkingen in procesparameters veroorzaken signaalverlies en hechtingsproblemen. Hier is het geavanceerde draaiboek:

Belangrijkste optimalisatiehefbomen

Impact op RF-prestaties
Een fabrikant van 5G mmWave-modules optimaliseerde zijn dunne-filmproces met plasma-voorbehandeling en Ti/Pt-hechtlagen. Signaalverlies bij 28 GHz daalde van 0,5 dB/mm naar 0,3 dB/mm en de modules doorstonden 10.000 thermische cycli zonder delaminatie van de metaallaag - beter dan niet-geoptimaliseerde boards (die faalden bij 2.000 cycli).

2.3 Optimalisatie van Direct Copper Bonding (DCB)
DCB is het voorkeursproces voor keramische PCB's met hoog vermogen (EV-omvormers, IGBT-modules), maar de controle van de verbindings temperatuur, druk en atmosfeer is cruciaal. Hier leest u hoe u DCB kunt optimaliseren voor maximale betrouwbaarheid:

Belangrijkste optimalisatiehefbomen

Resultaat van EV-omvormertoepassing
Een toonaangevende EV-fabrikant optimaliseerde zijn DCB-proces voor 800V-omvormers door over te schakelen op een stikstof-waterstofatmosfeer en gecontroleerde koeling. De PCB's overleefden 10.000 thermische cycli (-40°C tot 150°C) zonder delaminatie en de efficiëntie van de omvormer nam toe met 2% (van 97,5% naar 99,5%) als gevolg van een betere warmteoverdracht.

2.4 LTCC/HTCC Co-Firing Optimalisatie
LTCC (lage temperatuur) en HTCC (hoge temperatuur) co-firing maken meerlaagse keramische PCB's met ingebouwde passieven mogelijk, maar laaguitlijning en krimp bij het sinteren zijn grote uitdagingen. Hier leest u hoe u kunt optimaliseren:
LTCC-optimalisatie

HTCC-optimalisatie

Resultaat van satellietzender-toepassing
NASA optimaliseerde hun HTCC-proces voor diepe ruimte satellietzenders door gemalen keramisch poeder en vacuümsintering te gebruiken. De 30-laags PCB's bereikten ±5μm laaguitlijning en de stralingsbestendigheid nam toe met 20% (van 80 krad naar 96 krad) - cruciaal voor het overleven van kosmische straling.

Hoofdstuk 3: Veelvoorkomende defecten in de productie van keramische PCB's en gerichte oplossingen
Zelfs met geavanceerde processen kunnen er defecten optreden - maar bijna allemaal zijn ze te voorkomen met gerichte optimalisatie. Hieronder staan de meest voorkomende problemen, hun hoofdoorzaken en bewezen oplossingen:

Casestudy: Delaminatie oplossen in medische keramische PCB's
Een fabrikant van medische apparatuur worstelde met 12% delaminatie in hun ZrO₂ keramische PCB's (gebruikt in implanteerbare sensoren). De hoofdoorzaak: basis alcoholreiniging liet organische resten achter op het keramische oppervlak, waardoor de metaal-keramiekverbinding werd verzwakt.

Optimalisatieoplossing:
 1. Vervang alcoholreiniging door plasma-activering (Ar/O₂ gas, 5 minuten bij 100W).
 2. Voeg een 50nm Ti-hechtlaag toe vóór het sputteren van Au.
Resultaat: Het delaminatiepercentage daalde tot 0,8% en de PCB's doorstonden 5 jaar klinische proeven zonder storing.

Hoofdstuk 4: Procesvergelijking – Welk geavanceerd proces is geschikt voor u?
Het kiezen van het juiste geavanceerde proces hangt af van de prestatie-, kosten- en volume-eisen van uw toepassing. Hieronder volgt een gedetailleerde vergelijking van geoptimaliseerde processen:

Beslissingskader
 1. Hoog vermogen + hoog volume: DCB (EV-omvormers, industriële voedingen).
 2. Hoge frequentie + precisie: dunne-film (5G mmWave, medische microsensoren).
 3. Meerlaagse integratie + miniaturisatie: LTCC (RF-modules, microsatellieten).
 4. Extreme temperatuur + straling: HTCC (lucht- en ruimtevaart, nucleair).
 5. Lage kosten + hoog volume: dikke-film (industriële LED's, basissensoren).

Hoofdstuk 5: Toekomstige trends – De volgende grens in de productie van keramische PCB's
Geavanceerde optimalisatie evolueert snel, gedreven door AI, additieve productie en groene technologie. Hier zijn de trends die de toekomst vormgeven:

5.1 AI-gestuurde procesoptimalisatie
Machine learning (ML)-tools analyseren nu realtime gegevens van sinterovens, sputtersystemen en printers om parameters tijdens het proces af te stemmen. Bijvoorbeeld:
 a. LT CIRCUIT gebruikt een ML-algoritme om de sintertemperatuur en -druk aan te passen op basis van de eigenschappen van de keramische batch, waardoor de ontwikkelingstijd van het proces wordt verkort van 6 maanden naar 2 maanden.
 b. AI-visionsystemen inspecteren dunne-filmlagen op defecten met 99,9% nauwkeurigheid, waardoor problemen worden opgespoord die menselijke inspecteurs missen.

5.2 3D-geprinte keramische PCB's
Additieve productie (3D-printen) zorgt voor een revolutie in de productie van keramische PCB's:
 a. Binder Jetting: print complexe keramische substraten met ingebouwde vias, waardoor materiaalverspilling met 40% wordt verminderd.
 b. Direct Ink Writing: print dikke-filmgeleiders rechtstreeks op 3D-geprint keramiek, waardoor zeefdrukstappen worden geëlimineerd.

5.3 Groene productie-optimalisatie
Duurzaamheid wordt een belangrijke drijfveer:
 a. Magnetronsintering: vervangt traditionele elektrische ovens, waardoor het energieverbruik met 30% wordt verminderd.
 b. Gerecycled keramisch poeder: hergebruikt 70% van het keramische afval, waardoor de ecologische voetafdruk met 25% wordt verkleind.
 c. Conductieve pasta's op waterbasis: vervangt pasta's op basis van oplosmiddelen, waardoor vluchtige organische stoffen (VOS) worden geëlimineerd.

5.4 Hybride procesintegratie
Het combineren van meerdere geavanceerde processen levert ongeëvenaarde prestaties:
 a. Dunne-film + DCB: dunne-film RF-sporen op DCB-substraten voor 5G-basisstations met hoog vermogen.
 b. LTCC + 3D-printen: 3D-geprinte LTCC-groene vellen met ingebouwde antennes voor satellietzenders.

Hoofdstuk 6: FAQ – Antwoorden op uw vragen over geavanceerde productie van keramische PCB's
V1: Hoeveel kost geavanceerde procesoptimalisatie en is het de moeite waard?
A1: Optimalisatie voegt doorgaans 10–20% toe aan de initiële procesontwikkelingskosten, maar verlaagt de langetermijnkosten met 30–50% via een hogere opbrengst en lagere uitvalpercentages. Voor kritische toepassingen (EV's, medisch) is de ROI 3x binnen 2 jaar.

V2: Kan dunne-film sputtering worden opgeschaald voor volumeproductie?
A2: Ja - met inline sputtersystemen en automatisering kan dunne-film 10k+ eenheden/maand aan. De sleutel is het optimaliseren van de substraatverwerking (bijv. robotbelading) om de cyclustijd te verkorten.

V3: Wat is het verschil tussen optimaliseren voor opbrengst versus prestaties?
A3: Opbrengstoptimalisatie richt zich op het verminderen van defecten (bijv. delaminatie, scheuren), terwijl prestatieoptimalisatie zich richt op thermische geleidbaarheid (bijv. DCB-koperpolijsten) of signaalverlies (bijv. dunne-filmuniformiteit). Voor de meeste toepassingen zijn beide cruciaal.

V4: Hoe valideer ik dat mijn proces is geoptimaliseerd?
A4: Belangrijke statistieken zijn:
  a. Opbrengstpercentage (>95% voor geoptimaliseerde processen).
  b. Hechtsterkte (>1,0 N/mm voor metaal-keramiek).
  c. Thermische geleidbaarheid (voldoet aan of overtreft de materiaalspecificaties).
  d. Thermische cycli-overleving (>10.000 cycli voor EV/industrieel).

V5: Welk geavanceerd proces is het beste voor 6G mmWave-toepassingen?
A5: Dunne-film sputtering op AlN-substraten - geoptimaliseerd met plasma-voorbehandeling en Ti/Pt-hechtlagen - levert het lage signaalverlies (<0,2 dB/mm bij 100 GHz) en de precisie die nodig is voor 6G.

Conclusie: Geavanceerde optimalisatie is de sleutel tot keramische PCB-excellentie
Keramische PCB's zijn niet langer alleen maar 'speciale' componenten - ze zijn essentieel voor de volgende generatie elektronica. Maar om hun volledige potentieel te ontsluiten, heeft u meer nodig dan basisproductie - u heeft geavanceerde procesoptimalisatie nodig die zich richt op elk detail, van substraatreiniging tot sinteringskoelsnelheden.

De leerpunten zijn duidelijk:
  a. Kies het juiste proces voor uw toepassing (DCB voor vermogen, dunne-film voor precisie, LTCC voor integratie).
  b. Los veelvoorkomende defecten op met gerichte aanpassingen (plasma voor delaminatie, gecontroleerde koeling voor scheuren).
  c. Omarm toekomstige trends (AI, 3D-printen) om de curve voor te blijven.

Voor fabrikanten en ontwerpers is samenwerking met een leverancier zoals LT CIRCUIT - die gespecialiseerd is in geavanceerde productie en optimalisatie van keramische PCB's - cruciaal. Hun expertise in het afstemmen van processen op uw unieke behoeften zorgt ervoor dat u PCB's krijgt die betrouwbaar, efficiënt en gebouwd zijn om lang mee te gaan in extreme omgevingen.

De toekomst van de productie van keramische PCB's gaat niet alleen over het maken van boards - het gaat erom ze beter te maken door precisie, gegevens en innovatie. Bent u klaar om uw weg naar excellentie te optimaliseren?