نظرة عامة على لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية

ركيزة PCB السيراميكية هي لوحة معالجة خاصة برقائق نحاسية تُلصق مباشرةً بسطح (جانب واحد أو جانبين) من ركيزة PCB السيراميكية المصنوعة من الألومينا (Al2O3) أو نتريد الألومنيوم (AlN) في درجات حرارة عالية. تتميز هذه الركيزة المركبة فائقة الرقة بعزل كهربائي ممتاز، وموصلية حرارية عالية، وقابلية لحام ممتازة، وقوة التصاق عالية، ويمكنها حفر أنماط مختلفة، ما يجعلها تتمتع بقدرة تحمل تيار عالية. لذلك، أصبحت ركيزة PCB السيراميكية المادة الأساسية في تكنولوجيا هياكل الدوائر الإلكترونية عالية الطاقة وتكنولوجيا التوصيل البيني.

أدى ظهور منتجات ركائز لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية إلى انطلاقة جديدة في مجال تطبيقات تبديد الحرارة. بفضل خصائص تبديد الحرارة المميزة لهذه الركائز ومزاياها، مثل ارتفاع تبديد الحرارة، وانخفاض المقاومة الحرارية، وطول العمر، ومقاومة الجهد، ومع تطور تكنولوجيا الإنتاج والمعدات، ارتفعت أسعار المنتجات بشكل ملحوظ، مما ساهم في توسيع نطاق تطبيقات صناعة مصابيح LED، مثل مصابيح مؤشرات الأجهزة المنزلية، ومصابيح السيارات، ومصابيح الشوارع، واللوحات الإعلانية الخارجية الكبيرة. 

يوفر التطوير الناجح لركيزة PCB الخزفية خدمة أفضل لمنتجات الإضاءة الداخلية والإضاءة الخارجية ويمنح صناعة LED سوقًا أوسع في المستقبل.

أنواع مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور السيراميكية Dمقسمة حسب Materials

يمكن تصنيف لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية حسب المواد المستخدمة. تشمل المواد الشائعة أكسيد الألومنيوم، ونتريد الألومنيوم، ونتريد السيليكون. تختلف هذه المواد في أدائها من حيث تبديد الحرارة، والعزل، والمتانة. اختيار المادة المناسبة يجعل لوحة الدوائر أكثر ملاءمةً لمتطلبات الاستخدام الفعلية.

1. لوحة الدوائر المطبوعة المصنوعة من سيراميك الألومينا

تُعدّ ركيزة سيراميك الألومينا للوحات الدوائر المطبوعة (PCB) أكثر مواد الركيزة استخدامًا في صناعة الإلكترونيات، نظرًا لقوتها العالية وثباتها الكيميائي مقارنةً بمعظم سيراميك الأكسيد الأخرى من حيث الخواص الميكانيكية والحرارية والكهربائية، ووفرة موادها الخام، مما يجعلها مناسبة لمختلف أنواع التصنيع التقني وأشكالها المختلفة. يمكن تخصيص ركيزة الألومينا بثلاثة أبعاد.

2. لوحة الدوائر المطبوعة المصنوعة من سيراميك أكسيد البريليوم

موصليته الحرارية أعلى من موصلية الألومنيوم، لذا يُمكن استخدامه في الحالات التي تتطلب موصلية حرارية عالية، إلا أنها تنخفض بسرعة عند تجاوز درجة الحرارة 300 درجة مئوية. والأهم من ذلك، أن سُميته تحد من تطوره الذاتي.

سيراميك أكسيد البريليوم هو سيراميك مكونه الرئيسي أكسيد البريليوم. يُستخدم بشكل رئيسي كركيزة للدوائر المتكاملة واسعة النطاق، وأنبوب ليزر غازي عالي الطاقة، وغطاء مشتت حراري للترانزستور، ونافذة خرج الميكروويف، ومهدئ نيوتروني.

3. لوحة الدوائر المطبوعة المصنوعة من سيراميك نتريد الألومنيوم

يتميز AlN بخاصيتين بالغتي الأهمية جديرتين بالملاحظة: إحداهما الموصلية الحرارية العالية، والأخرى مطابقة معامل التمدد للسيليكون. لكن عيبه هو أنه حتى مع وجود طبقة أكسيد رقيقة جدًا على السطح، فإنها ستؤثر على الموصلية الحرارية. لا يمكن تصنيع ركائز AlN بقوام جيد إلا من خلال التحكم الدقيق في المواد والعمليات. هناك عدد قليل من تقنيات إنتاج AlN في الصين التي يمكن إنتاجها على نطاق واسع مثل Sliton، كما أن سعر AlN مرتفع نسبيًا مقارنةً بـ Al2O3، مما يُمثل أيضًا عقبة صغيرة تُعيق تطويره. ومع ذلك، مع تحسن الاقتصاد والتكنولوجيا، سيختفي هذا العائق في نهاية المطاف.

ومن الأسباب المذكورة أعلاه، يمكن معرفة أن سيراميك الألومينا يستخدم على نطاق واسع بسبب أدائه الشامل المتفوق، ولا يزال في وضع مهيمن في مجال الإلكترونيات الدقيقة، وإلكترونيات الطاقة، والإلكترونيات الدقيقة الهجينة، ووحدات الطاقة، وغيرها من المجالات.

يمكن تثبيت AlN حتى 2200 درجة مئوية. يتميز بصلابة عالية في درجة حرارة الغرفة، وتنخفض تدريجيًا مع ارتفاع درجة الحرارة. يتميز بموصلية حرارية جيدة، ومعامل تمدد حراري منخفض، ومقاومته العالية للصدمات الحرارية. بفضل مقاومته القوية لتآكل المعدن المنصهر، يُعدّ مادة مثالية لصهر وصب الحديد النقي والألومنيوم وسبائك الألومنيوم. 

نتريد الألومنيوم عازل كهربائي ذو خصائص عازلة جيدة، ويُعدّ واعدًا للاستخدام كمكوّن كهربائي. يحمي طلاء نتريد الألومنيوم على سطح زرنيخيد الغاليوم من انغراس الأيونات أثناء التلدين. كما أنه عامل محفز لتحويل نتريد الألومنيوم من نتريد البورون السداسي إلى نتريد البورون المكعب. يتفاعل ببطء مع الماء في درجة حرارة الغرفة. يمكن تصنيعه من مسحوق الألومنيوم عند درجة حرارة تتراوح بين 800 و1000 درجة مئوية في جو من الأمونيا أو النيتروجين. المنتج عبارة عن مسحوق أبيض إلى أزرق رمادي. يتم تصنيعه بتفاعل نظام Al2O3-C-N2 عند درجة حرارة تتراوح بين 1600 و1750 درجة مئوية، ويكون المنتج مسحوقًا أبيض مائلًا للصفرة. يتم تحضير كلوريد الألومنيوم والأمونيا بتفاعل الطور الغازي. يمكن تصنيع الطلاء من نظام AlCl3-NH3 عن طريق ترسيب الطور الغازي.

4. لوحة الدوائر المطبوعة المصنوعة من سيراميك نتريد السيليكون

قدمت شركة Rogers سلسلة curamik® الجديدة من ركيزة PCB الخزفية المصنوعة من نتريد السيليكون (Si3N4) في عام 2012. ونظرًا لأن القوة الميكانيكية لنتريد السيليكون أعلى من قوة السيراميك الأخرى، فإن ركيزة curamik® الجديدة يمكن أن تساعد المصممين على تحقيق عمر طويل في بيئات العمل القاسية وتطبيقات HEV/EV وغيرها من تطبيقات الطاقة المتجددة.

إن قوة الانحناء للركيزة الجديدة المصنوعة من السيراميك PCB من نيتريد السيليكون أعلى من قوة الانحناء للركيزة المصنوعة من Al2O3 و AlN.

إن متانة الكسر لـ Si3N4 تتجاوز حتى تلك الموجودة في السيراميك المضاف إليه الزركونيا.

حتى الآن، كانت موثوقية ركيزة لوحة الدوائر المطبوعة الخزفية المغطاة بالنحاس والمستخدمة في وحدات الطاقة محدودة بسبب انخفاض قوة انثناء السيراميك، مما يقلل من قدرتها على تحمل الدورة الحرارية. بالنسبة للتطبيقات التي تجمع بين الإجهاد الحراري والميكانيكي الشديد، مثل المركبات الهجينة والكهربائية (HEV/EV)، فإن ركيزة لوحة الدوائر المطبوعة الخزفية الشائعة الاستخدام ليست الخيار الأمثل. تختلف معاملات التمدد الحراري للركيزة (لوحة الدوائر المطبوعة الخزفية) اختلافًا كبيرًا عن الموصل (النحاس)، مما يضغط على منطقة الترابط أثناء الدورة الحرارية، مما يقلل من الموثوقية. ستطيل ركيزة لوحة الدوائر المطبوعة الخزفية هذه، المصنوعة من نيتريد السيليكون (Si3N4) من سلسلة Curamik®، والتي قدمتها شركة Rogers في معرض PCIM لهذا العام، عمر وحدات الإلكترونيات الكهربائية بعشرة أضعاف.

عملية تصنيع السيراميك ثنائي الفينيل متعدد الكلور

من الضروري لتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية اتباع سلسلة من الخطوات الدقيقة. يجب أن تضمن جميع هذه الخطوات أن تلبي لوحة الدوائر المطبوعة الخزفية الغرض المقصود منها تمامًا.

1. الخطوة الأولى في تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة الخزفية هي تحليل الاحتياجات والقوة والصلابة المطلوبة والخصائص المرتبطة بموصليتها.

ثانيًا، علينا اختيار ركيزة سيراميكية مناسبة للوحة الدوائر المطبوعة. وكما هو الحال مع أي منتج آخر، تختلف المواد التي تلبي احتياجات مختلفة. يُعدّ الألومينا خيارًا شائعًا للمشاريع ذات الميزانية المحدودة. كما يُعدّ نتريد الألومنيوم وأكسيد البريليوم خيارين عمليين عندما يتطلب المشروع موصلية حرارية عالية ليكون في المقدمة.

٣. بعد أن نحصل على القاعدة المثالية للوحة الدوائر المطبوعة الخزفية، يحين وقت النقش بالليزر لطباعة الدوائر. تُنشئ هذه النقشات مسارًا لتدفق الكهرباء. بعد ذلك، وحسب تعقيد الدائرة، نستخدم ترسيب الأغشية السميكة أو الرقيقة لإنشاء المسارات الموصلة المطلوبة.

٤. الآن تأتي الخطوة الأهم - تسخين اللوح في درجات حرارة عالية. هذه الحرارة الشديدة تدمج كل شيء معًا، وتجعله وحدة متماسكة.

٥. لكن هذا لم ينتهِ بعد. تستمر رحلة لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية بحفر ثقوب لصنع حوامل لتوصيل المكونات الأخرى - تمامًا مثل بناء مدينة مصغرة. بعد ذلك، تُغطى لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية بطبقة مقاومة للتآكل.

٦. وأخيرًا، يُراقب فريق ضمان الجودة ويُحلل بدقة عملية تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية بأكملها. مع كل خطوة تتطلب عناية فائقة بالتفاصيل، لا يُمكننا المخاطرة بأي خطوة، لأن أي خطوة خاطئة ستُدمر النظام الكهربائي بأكمله.

هذا هو السبب بالتحديد وراء توصيتنا الدائمة لعملائنا بالبحث عن شركة تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية الموثوقة مثل PCBasicلمزيد من المعلومات أو للحصول على عرض أسعار، قم بزيارة www.pcbasic.com.

مزايا Cثنائي الفينيل متعدد الكلور الخزفيs

◆ معامل التمدد الحراري لركيزة PCB الخزفية قريب من معامل التمدد الحراري لرقاقة السيليكون، مما يمكن أن يوفر شريحة Mo من طبقة الانتقال، ويوفر العمالة والمواد ويقلل التكلفة؛

◆ تقليل طبقة اللحام والمقاومة الحرارية والفراغات والخضوع؛

◆ تحت نفس القدرة على حمل التيار، فإن عرض خط رقائق النحاس بسمك 0.3 مم في لوحة الدوائر المطبوعة الخزفية يمثل 10% فقط من عرض لوحات الدوائر المطبوعة العادية؛

◆ تجعل الموصلية الحرارية الممتازة عبوة الشريحة مضغوطة للغاية، مما يزيد بشكل كبير من كثافة الطاقة ويحسن موثوقية النظام والجهاز؛

◆ يمكن لركيزة PCB الخزفية فائقة الرقة (0.25 مم) أن تحل محل BeO دون سمية بيئية؛

◆ سعة تحمل التيار كبيرة، ويمر تيار 100 أمبير باستمرار عبر جسم نحاسي بعرض 1 مم وسمك 0.3 مم، وترتفع درجة الحرارة بحوالي 17 درجة مئوية. أما إذا مر تيار 100 أمبير باستمرار عبر جسم نحاسي بعرض 2 مم وسمك 0.3 مم، فترتفع درجة الحرارة بحوالي 5 درجات مئوية فقط.

◆ مقاومة حرارية منخفضة. تبلغ المقاومة الحرارية لطبقة سيراميك PCB بسمك 10×10 مم 0.31 كيلو واط لطبقة سيراميك PCB بسمك 0.63 مم، و0.19 كيلو واط لطبقة سيراميك PCB بسمك 0.38 مم، و0.14 كيلو واط لطبقة سيراميك PCB بسمك 0.25 مم.

◆ عزل عالي وتحمل الجهد، مما يضمن السلامة الشخصية والقدرة على حماية المعدات.

◆ يمكن تحقيق طرق جديدة للتغليف والتجميع، مما يجعل المنتجات متكاملة للغاية ويقلل الحجم.

الأداء Requirement لـ Cثنائي الفينيل متعدد الكلور الخزفيs

في الأجهزة الإلكترونية التي تعمل في بيئات قاسية وعالية الطاقة والترددات العالية، أصبح من الصعب تلبية متطلبات لوحات الدوائر التقليدية FR4 الصارمة لتبديد الحرارة والأداء الكهربائي والاستقرار. أصبحت لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية خيارًا مثاليًا للجيل الجديد من مواد التغليف وحاملات الدوائر الإلكترونية، بفضل موصليتها الحرارية الممتازة وعزلها الكهربائي وموثوقيتها. دعونا نلقي نظرة على متطلبات الأداء الأساسية للوحات الدوائر الخزفية.

الخصائص الميكانيكية

بفضل قوتها الميكانيكية العالية، يُمكن استخدام لوحة الدوائر المطبوعة الخزفية كعنصر داعم بالإضافة إلى مكونات الحمل. تتميز بسهولة المعالجة ودقة أبعادها العالية، كما أنها سهلة التنفيذ، متعددة الطبقات، وذات أسطح ناعمة خالية من الالتواء أو الانحناء أو الشقوق الدقيقة، وما إلى ذلك.

الخصائص الكهربائية

مقاومة عالية للعزل وجهد انهيار العزل؛ ثابت عازل منخفض؛ خسارة عازلة منخفضة؛ أداء مستقر في ظل ظروف درجات الحرارة العالية والرطوبة العالية، تضمن لوحة الدوائر المطبوعة الخزفية الموثوقية.

الخصائص الحرارية

موصلية حرارية عالية؛ معامل التمدد الحراري يتطابق مع المواد ذات الصلة (خاصة مع معامل التمدد الحراري للسيليكون)؛ مقاومة ممتازة للحرارة.

خصائص أخرى

استقرار كيميائي جيد؛ سهولة التعدين، التصاق قوي بين أنماط الدائرة معهم؛ لا استرطابية؛ مقاومة الزيت والمواد الكيميائية؛ كمية الإشعاع المنبعثة صغيرة؛ المواد المعتمدة خالية من التلوث وغير سامة؛ لا يتغير الهيكل البلوري ضمن نطاق درجة حرارة الاستخدام؛ المواد الخام الغنية؛ التكنولوجيا الناضجة؛ سهلة التصنيع؛ السعر المنخفض.

حول PCBasic

الوقت هو المال في مشاريعك - و PCBasic يحصل عليه. PCBasic هو شركة تجميع لوحات الدوائر المطبوعة الذي يُعطي نتائج سريعة وخالية من العيوب في كل مرة. خدمات تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور تشمل دعمًا هندسيًا متخصصًا في كل خطوة، مما يضمن أعلى جودة في كل لوحة. بصفتنا شركة رائدة الشركة المصنعة لتجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور, نقدم حلاً شاملاً يُبسط سلسلة التوريد الخاصة بك. تعاون مع فريقنا المتطور مصنع نموذج ثنائي الفينيل متعدد الكلور لتحقيق تحولات سريعة ونتائج متفوقة يمكنك الوثوق بها.

طلب توظيف جديدs من لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية

◆ وحدة أشباه الموصلات عالية الطاقة؛ ثلاجة أشباه الموصلات، سخان إلكتروني؛ دائرة التحكم في الطاقة RF، دائرة الطاقة الهجينة.

◆ مكونات الطاقة الذكية: مصدر طاقة التبديل عالي التردد ومرحل الحالة الصلبة.

◆ المكونات الإلكترونية للسيارات والطائرات والعسكرية.

◆ تجميع الألواح الشمسية؛ تبادل الاتصالات الخاص، نظام الاستقبال؛ الليزر وغيرها من الإلكترونيات الصناعية.

لماذا نستخدم لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية بدلاً من اللوحات الأخرى؟

مقارنةً بلوحة الدوائر المطبوعة التقليدية FR4 أو MCPCB ذات الركيزة المعدنية، تتميز لوحة الدوائر المطبوعة ذات الركيزة الخزفية بمزايا كبيرة في العديد من مؤشرات الأداء الرئيسية. فتوصيلها الحراري الممتاز، ومعامل تمددها الحراري المنخفض للغاية، وعزلها الكهربائي الممتاز، واستجابتها الترددية، تجعلها خيارًا مثاليًا للأجهزة الإلكترونية عالية الأداء والموثوقية العالية، وخاصةً في إلكترونيات الطاقة، والاتصالات عبر الترددات الراديوية، والتطبيقات في البيئات القاسية.

هنا، يُمكننا رؤية نقاط القوة متعددة الأبعاد للوحات الدوائر المطبوعة الخزفية، خاصةً في التطبيقات عالية الطاقة والتردد والموثوقية. فهي تتفوق على كلٍّ من FR4 وMCPCB في مجالات رئيسية، مما يجعلها الخيار الأمثل للعديد من الأنظمة الإلكترونية المتقدمة.

الخاتمة

مع ازدياد حجم الأجهزة الإلكترونية وقوتها، يزداد الطلب على حلول حرارية وكهربائية متينة. تتميز لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية بأدائها المتفوق في الظروف القاسية، مما يجعلها أساسية للتطبيقات عالية الموثوقية. سواء كنت تصمم لمصابيح السيارات، أو الفضاء، أو مصابيح LED عالية الطاقة، فإن اختيار مُصنِّع لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية المناسب وركيزة لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية المناسبة يضمن نجاح منتجك على المدى الطويل.