Was ist eine Glas-Leiterplatte?

Mit dem technologischen Fortschritt erleben wir weltweit immer mehr Innovationen. Ein solcher Fortschritt ist der Einsatz von Glas-PCBs in der Leiterplattenindustrie. Sie fragen sich jetzt sicher, warum eine neue Leiterplatte entwickelt werden musste, wenn die vorherige einwandfrei funktionierte? Glas-PCBs bieten im Vergleich zu herkömmlichen Leiterplatten zahlreiche Vorteile. Herkömmliche Leiterplatten werden aus Materialien wie Glasfaser und Epoxidharz hergestellt. Glas-PCBs hingegen bestehen aus dünnen Glasplatten. Material als Substrate. Darüber hinaus hat es einige erstaunliche Eigenschaften wie:

●  Hohe thermische Stabilität

●  Hohe elektrische Isolation

●  Hohe Transparenz

All diese Eigenschaften zusammen ergeben das beste Ergebnis, das sie von der transparenten Leiterplatte abhebt. Sollten Sie sich dennoch unsicher sein, ob sie der Konkurrenz überlegen ist, lesen Sie die folgenden Abschnitte, um mehr über die transparente Leiterplatte zu erfahren.

Übersicht über Glas-Leiterplatten

Glasleiterplatten, auch als klare oder transparente Leiterplatten bezeichnet, stellen eine bedeutende Innovation in der Leiterplattenindustrie dar. Wie bereits erwähnt, benötigten wir bei PCBasic für die Herstellung neuerer Geräte ein Material mit ausgeprägteren Eigenschaften, darunter überlegene elektrische Isolierung, hohe Wärmebeständigkeit und Dimensionsstabilität. Hier kommen Glasleiterplatten ins Spiel.

Bei näherer Untersuchung stellten wir fest, dass es den spezifischen Anforderungen verschiedener Branchen gerecht werden kann, darunter:

●  Luft- und Raumfahrt

●  Telekommunikation

●  Medizinische Ausrüstung

●  Photonics

●  Optische Geräte

●  Sensors

Warum finden Glas-Leiterplatten so vielfältige Anwendungsmöglichkeiten? Ihre Präzision, Zuverlässigkeit und Transparenz machen sie optimal für den Einsatz in Nischenbranchen. Darüber hinaus sind transparente Leiterplatten äußerst kompatibel mit Technologien der nächsten Generation, wie z. B. High-Frequenzschaltungen und miniaturisierte Elektronik, bei denen herkömmliche Materialien versagen könnten.

Arten von Glas-Leiterplatten

Glasleiterplatten gibt es in verschiedenen Größen und Ausführungen. Jede hat ihre eigene Glassubstratbeschaffenheit und Struktur. Darüber hinaus werden sie je nach Herstellung und Eigenschaften für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt. Werfen wir einen Blick auf die verschiedenen auf dem Markt erhältlichen Glasleiterplatten.

1. Glas-Epoxid-Leiterplatten (FR-4)

Der erste Typ von Glas-PCB verwendet FR-4, ein Verbundmaterial, das Gewebe mit Ein Epoxidharzbinder. FR-4 steht zur Vereinfachung für „Flame Retardant Grade 4“ und bezieht sich auf seine flammhemmenden Eigenschaften, die Schaltkreise vor Hitze und Stromschlägen schützen. Warum wird es verwendet? Weil es Temperaturen bis zu 130 °C standhält. Und das ist noch nicht alles: Wie wir getestet haben, halten einige seiner Qualitäten bis zu 180 °C stand. Wenn Sie FR-0.2 verwenden, können Sie sich hinsichtlich der Feuchtigkeitskontrolle beruhigt zurücklehnen, da die Wasseraufnahme typischerweise unter XNUMX % liegt.

2. Glaskeramik-Leiterplatten

Glaskeramik-Leiterplatten sind, wie der Name schon sagt, ein Hybridmodell zwischen Glas-Leiterplatten und Keramik. Sie werden seit kurzem in neueren Technologien eingesetzt, darunter:

●  5G-Telekommunikation

●  Satellitenkommunikation

●  Radarsysteme

Sie haben eine niedrige Dielektrizitätskonstante von 2.5 bis 4.0, was eine schnelle Signalausbreitung und minimalen Signalverlust gewährleistet, was insbesondere bei Hochfrequenzanwendungen wichtig ist. Allerdings sind ihre Produktionskosten im Vergleich zu FR-4 hoch und sie werden spröde, was eine sorgfältige Handhabung bei der Herstellung erfordert. Angesichts der Vorteile, die sie in der neueren Industrie bieten, sind sie ihren Preis jedoch wert.

3. Quarzglas-Leiterplatten (Fused Silica)

Quarzglas-Leiterplatten verwenden hochreines Quarzglas als Substrat. Quarzglas ist bekannt für seine extrem geringe Wärmeausdehnung und hervorragende optische Transparenz und eignet sich daher ideal für spezielle, hochpräzise Anwendungen. Im Vergleich zu FR-4 bieten sie den Vorteil, dass sie hohen Temperaturen standhalten und Temperaturen bis zu 1000 °C standhalten, ohne ihre Eigenschaften zu verlieren. Toll, oder? Da Quarzglas jedoch so hohe Temperaturen aushält, ist seine Herstellung teuer und zudem zerbrechlich.

4. Glassubstrat-Leiterplatten (Dünnglas)

Diese Leiterplatten bestehen aus dünnen Glasplatten, die oft weniger als 0.2 mm dick sind. Dank ihrer geringen Dicke können sie in flexiblen oder ultrakompakten Geräten eingesetzt werden und nutzen gleichzeitig die Vorteile von Glas. Sie eignen sich ideal für kompakte Designs, darunter:

●  Smartphones

●  Tablets

●  Flexible OLED-Displays

●  Tragbare Geräte

Glas-Leiterplatten nach Eigenschaften

Transparente Leiterplatten (PCBs) unterscheiden sich von herkömmlichen Leiterplatten durch ihre besonderen Eigenschaften. Ihre außergewöhnliche Leistung und Zuverlässigkeit machen sie ideal für Nischenanwendungen. Eine umfassende Beschreibung von Glas-PCBs lautet wie folgt:

1. Ausgezeichnete thermische Stabilität

Glas ist anderen Produkten in puncto Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen und Glassubstrat überlegen. Sie halten die Luft auch bei großen Temperaturschwankungen. Dadurch eignen sie sich für Anwendungen mit schwankenden oder hohen und niedrigen Temperaturen.

2. Hervorragende elektrische Isolierung

Glas hat eine niedrige Dielektrizitätskonstante, sodass Signalverluste und Störungen gering sind. Es ist außerdem ein hervorragender Isolator und daher ideal für Hochfrequenz- und Hochspannungsanwendungen.

3. Transparent

Glas-Leiterplatten sind transparent und ermöglichen die visuelle Untersuchung von Komponenten und Schaltkreisen. Dies ist ein fester Bestandteil optoelektronischer Anwendungen sowie des dekorativen Designs.

4. Hohe Dimensionsstabilität

Glas verzieht oder verformt sich normalerweise nicht. Es bietet Präzision und Zuverlässigkeit selbst in den anspruchsvollsten Umgebungen.

5. Chemische Beständigkeit

Glas reagiert nicht auf viele Chemikalien und eignet sich daher hervorragend für den Einsatz in rauen Umgebungen, in denen chemische Angriffe möglich sind. Diese Eigenschaft erhöht die Lebensdauer von Glas-Leiterplatten in Bereichen wie Industrie und Medizin.

Anwendungen von Glas-Leiterplatten

Hier sind einige der Anwendungen von Glas-Leiterplatten.

1. Luft- und Raumfahrt und Verteidigung

Glas-PCB ist ein weit verbreitetes elektronisches Material für die elektromagnetische Kommunikation Geräte (Radarkommunikationsgeräte und Satellitengeräte) aufgrund ihrer hohen Dielektrizitätskonstante. Darüber hinaus sind sie extrem temperatur- und chemikalienbeständig, was sie für den Einsatz in schwierigen Umgebungen zuverlässig macht.

2. Medizinische Geräte

Tragbare Technologien und Diagnosegeräte der nächsten Generation profitieren von Glas-PCBs. Da sie dünn und Sie bieten klare Einsatzmöglichkeiten bei der Herstellung tragbarer medizinischer Geräte und ihre Fähigkeit, Hochfrequenzsignale zu manipulieren, trägt dazu bei, dass Bildgebungstechnologien wie MRT- und Ultraschallsysteme präziser funktionieren.

3. Photonik und Optoelektronik

Glas-PCBs verbessern die optischen Eigenschaften und verbessern Effizienz, Transparenz und Haltbarkeit. Sie sind zu einem unverzichtbaren Bestandteil moderner Photonikanwendungen geworden. Leiterplatten aus Glas erweisen sich dank ihrer Vielseitigkeit und fortschrittlichen Funktionalität als unverzichtbar für bahnbrechende Spitzentechnologien in zahlreichen Branchen und Anwendungen.

So stellen Sie eine Glas-Leiterplatte her

Verschiedene elektronische Anwendungen erfordern Glas-PCBs aufgrund ihrer hohen thermischen Beständigkeit, niedrigen Feuchtigkeitsaufnahme und Haltbarkeit. Hier ist ein kurzer Überblick über den Prozess:

1. Materialauswahl und -vorbereitung

Der erste Schritt besteht darin, den gewünschten Glas-PCB-Typ und das Material auszuwählen entsprechend. Je nach Leiterplattentyp können Sie wählen zwischen:

●  Quarzglas (Fused Silica)

●  Glasfaser (FR-4)

●  Glaskeramik

●  Dünnglas

Fahren Sie anschließend mit der Auswahl Ihrer Kupferfoliendicke fort, die je nach Anwendung zwischen 18µm und 70µm liegt.

2. Oberflächenbehandlung des Glassubstrats

Bevor Sie Ihre leitfähigen Schichten auftragen, stellen Sie sicher, dass Ihr Glassubstrat Oberflächenbehandlungen durchläuft. Vorbereitung, um eine gute Haftung zu gewährleisten. Sie können sie auf zwei Arten behandeln:

●  Ultraschallreinigung: Entfernt jeglichen Schmutz, Staub und Öle.

●  Chemische Reinigung: Verwendet Lösungsmittel wie Aceton oder Isopropylalkohol, um Oberflächenverunreinigungen zu entfernen.

3. Strukturieren der Schaltung

Anschließend wird das Schaltungsmuster mittels Fotolithografie auf die Kupferschicht aufgebracht. Sie fragen sich bestimmt: Was genau ist Fotolithografie? Wir erklären es Ihnen ganz einfach. Es handelt sich im Wesentlichen um eine Fotolack-Anwendung. Dabei wird eine Schicht Fotolack (lichtempfindliches Material) eingebracht. Es gibt zwei Kategorien: Trockenfilm-Fotolack und Flüssig-Fotolack. Anschließend wird die mit Fotolack beschichtete Leiterplatte durch eine Fotomaske, die das gewünschte Schaltungsmuster enthält, UV-Licht ausgesetzt.

4. Aufbringen einer leitfähigen Schicht

Das Glassubstrat erhält eine dünne Schicht aus leitfähigem Material, typischerweise Kupfer. Dies kann erfolgt mit Methoden wie:

● Sputtern oder Aufdampfen (eine 300 nm dicke gleichmäßige Kupferschicht wird durch Vakuumverfahren aufgetragen.)

● Chemische Beschichtung: Durch die chemische Abscheidung der Kupferschicht auf der Leiterplatte wird kein Strom mehr benötigt.

5. Fotolackentfernung

Eine chemische Lösung entfernt nach dem Ätzschritt den ausgehärteten Fotolack, sodass nur die endgültige Kupferschaltung auf dem Glassubstrat zurückbleibt.

6. Bohren und Fertigstellen

Wenn das PCB-Design Verbindungen zwischen den Lagen von Plattenstapeln vorsieht, führen wir üblicherweise Präzisionsbohrungen durch. Beispielsweise wird Laserbohren aufgrund seiner Präzision häufig für Glassubstrate verwendet. Anschließend werden die Durchkontaktierungen durch eine stromlose Beschichtung metallisiert. Die so entstandene, transparente Leiterplatte kann anschließend mit einer Schutzschicht, beispielsweise einer Lötstoppmaske oder einem Schutzlack, überzogen werden, um die Schaltung vor äußeren Einflüssen zu schützen. Auch andere Oberflächenbehandlungen wie ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) können angewendet werden, um die Lötbarkeit zu verbessern und das Kupfer zu schützen.

Die wichtigsten Herausforderungen bei der Herstellung von Glas-Leiterplatten

Die Herstellung von Glas-PCBs bringt einige technische und logistische Hürden mit sich, da Eigenschaften von Glas und die erforderlichen Spezialprozesse. Im Folgenden sind die wichtigsten Herausforderungen aufgeführt, denen sich Hersteller bei der Herstellung von Glas-Leiterplatten gegenübersehen:

● Glas-Leiterplatten sind von Natur aus spröde; sie können bei der Handhabung, Montage oder Herstellung leicht brechen oder zersplittern.

● Beim Bohren, Schneiden oder Laminieren besteht eine erhöhte Bruchgefahr. Daher ist der Einsatz von Spezialwerkzeugen wie diamantbeschichteten Bohrern oder Präzisions-Schneidemaschinen erforderlich.

● Glas ist härter und spröder als herkömmliche Materialien, wodurch es schwieriger wird, Löcher in Glassubstrate zu bohren oder Durchkontaktierungen herzustellen.

● Durch die glatte, porenfreie Oberfläche des Glases wird eine starke Haftung zwischen Glassubstrat und leitfähigen Schichten kann schwierig sein.

Glas-PCB vs. klare PCB

Obwohl die Begriffe „Glas-PCB“ und „klare PCB“ oft synonym verwendet werden, unterscheiden sie sich in Material, Eigenschaften und Anwendung. Hier ist ein detaillierter Vergleich, der die Unterschiede und Gemeinsamkeiten hervorhebt:

Fazit

Glasleiterplatten stellen einen bedeutenden technologischen Fortschritt in der Elektronikindustrie dar. Ihre außergewöhnlichen Eigenschaften wie hohe thermische Stabilität, hervorragende elektrische Isolierung und Transparenz machen sie unverzichtbar für fortschrittliche Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik und der Optoelektronik. Steigen auch Sie auf Glasleiterplatten um oder bleiben Sie bei den traditionellen?