PCB سرامیکی چیست؟ | راهنمای کامل بردهای مدار سرامیکی

با توجه به فعالیت در صنعت الکترونیک، ممکن است نگران این هیاهوی جدید در مورد عملکرد بهتر PCB سرامیکی نسبت به PCB سنتی باشید. اگر می‌خواهید بدانید PCB سرامیکی واقعاً چیست، کاربردهای آن چیست و چگونه تولید می‌شود، این وبلاگ مخصوص شماست. در این وبلاگ، ما به طور مفصل PCB های سرامیکی را توضیح خواهیم داد و خواهیم دید که چه چیزی آنها را از PCB های سنتی متفاوت می کند و کدام یک را برای نیازهای مدار خود نیاز دارید.

بردهای مدار چاپی سنتی به دلیل زیرلایه‌ای که استفاده می‌کنند، عمدتاً فایبرگلاس و اپوکسی، در دفع گرما بسیار ضعیف عمل می‌کنند. آن‌ها گرما را درون مدارها به دام می‌اندازند که باعث می‌شود هنگام افزایش دما، عملکرد آن‌ها مختل شود و این امر آن‌ها را به گزینه‌ای ضعیف برای قطعات الکتریکی با کارایی بالا تبدیل می‌کند.

صنعت الکترونیک به یک PCB بهتر نیاز داشت تا گرما را بهتر از PCB های سنتی دفع کند. این شکاف بازار توسط PCB های سرامیکی پر شد که دارای خواص دفع حرارت فوق العاده ای با CTE و ثابت دی الکتریک پایین هستند. بیایید یک مرور سریع با معرفی PCB سرامیکی داشته باشیم و ببینیم چه زمانی به PCB سرامیکی نیاز دارید.

مقدمه‌ای بر PCB سرامیکی

در صنعت الکترونیک مدرن، انتظار می‌رود که یک PCB گرما را بهتر دفع کند و پشتیبانی مکانیکی قوی برای اجزای الکتریکی متصل به آن فراهم کند. در حالی که PCB سرامیکی، همانطور که از نامش پیداست، اساساً از هسته‌های سرامیکی تشکیل شده است. معمولاً از آلومینا، اکسید بریلیم و آلومینات منیزیم به عنوان مواد زیرلایه استفاده می‌کند. سایر هسته‌های سرامیکی نیز برای ساخت PCB های سرامیکی، از جمله کاربید سیلیکون، اکسید آلومینیوم، نیترید بور و بسیاری دیگر استفاده می‌شوند. انتخاب هسته سرامیکی مناسب به الزامات مدار بستگی دارد زیرا هر زیرلایه PCB سرامیکی خواص منحصر به فرد خود را دارد که به درستی برای دستیابی به خروجی مطلوب استفاده می‌شوند.

برخی از خواص هسته‌های سرامیکی به شرح زیر است:

1.   هدایت حرارتی خوب.

2.   خوردگی کمتر.

3.   استحکام مکانیکی تقویت شده.

4.   فناوری لایه نازک و ضخیم.

5.   تکنیک‌های گسترده کوچک‌سازی.

6.   ردیابی برد مدار سرامیکی با چگالی بالا.

7.   ادغام چند لایه.

برد مدار چاپی سرامیکی در مقابل برد مدار چاپی سنتی

اکنون این سوال مطرح می‌شود که چه زمانی باید از PCB سرامیکی استفاده کرد. در واقع، PCB های سرامیکی از هر نظر نسبت به PCB های معمولی برتر هستند. اما عوامل هزینه و کیفیت همیشه در تصمیم گیری در مورد نوع PCB نقش اساسی دارند. اگر به دنبال راه حل های ارزان تر هستید، PCB های سنتی جایگزین ایده آلی خواهند بود. از سوی دیگر، اگر در صنایع حساسی کار می کنید که خطراتی وجود ندارد، PCB های سرامیکی بهترین گزینه هستند زیرا در طول زمان قابلیت اطمینان و دوام بالایی را ارائه می دهند.

یا می‌توانید هر دو نوع PCB را با هم مقایسه کنید و ببینید چه چیزی آنها را از یکدیگر متمایز می‌کند.

همانطور که از جدول بالا مشخص است، بردهای مدار چاپی سرامیکی بسیار برتر از بردهای مدار چاپی سنتی هستند. ماده زیرلایه برد مدار چاپی سرامیکی از هسته‌های سرامیکی تشکیل شده است. این هسته‌ها در دماهای بالاتر و همچنین در فرکانس‌های بالاتر کارآمدتر هستند. بدون الکترون آزاد، احتمال تداخل آنها با سیگنال‌ها بسیار کم است.

علاوه بر این، رزین اپوکسی و مواد فایبرگلاس با گذشت زمان رطوبت را جذب می‌کنند. ما همچنین جذب رطوبت بالاتر و لایه لایه شدن فیزیکی را در PCB های سنتی مشاهده کرده‌ایم. از سوی دیگر، PCB های سرامیکی کمتر رطوبت را جذب می‌کنند و این باعث می‌شود که در محیطی که رطوبت بالاتر از حد معمول است، پایدارتر باشند.

بردهای مدار چاپی سنتی ارزان‌تر هستند. اما با توجه به خواص دفع حرارت ضعیف، در بحث کوچک‌سازی گزینه مناسبی نیستند. در مقابل، بردهای مدار چاپی سرامیکی به دلیل طراحی با چگالی بالا، از این نظر نسبت به بردهای مدار چاپی سنتی برتر هستند. بنابراین، می‌توان از بردهای مدار چاپی سرامیکی در مدارهایی با اندازه بسیار کوچک استفاده کرد.

مزایای PCB سرامیکی

Sبالادست Hخوردن Cالقایی

شناخته‌شده‌ترین و قابل توجه‌ترین مزیت PCB سرامیکی، رسانایی حرارتی برتر آن است. برای کاربردهای با چگالی توان بالا، مانند اجزای RF، الکترونیک قدرت و ماژول‌های LED، که در آن‌ها گرما باید تخلیه شود تا عملکرد الکتریکی روان تضمین شود و از هرگونه فرار حرارتی جلوگیری شود، PCB های سرامیکی اکیداً توصیه و مورد توجه قرار می‌گیرند. علاوه بر این، با PCB سرامیکی، می‌توان اتصالات با چگالی بالا (HDI) را در مدارهای مینیاتوری ادغام کرد. از آنجایی که به هیچ هیت سینکی نیاز ندارید، کار با بردهای مدار کوچک آسان‌تر می‌شود. در مقابل، با PCB های سنتی، برای اتلاف بهتر گرما که فضای بیشتری را اشغال می‌کند، به یک هیت سینک مناسب نیاز دارید.

CTE پایین

دومین مزیت بردهای مدار چاپی سرامیکی، ضریب انبساط حرارتی (CTE) پایین آنهاست. این CTE با ارزش سرامیکی با CTE نیمه‌هادی‌ها قابل مقایسه است. علاوه بر این، اتصالات بین اتمی قوی آن را قادر می‌سازد تا در دماهای بالا بدون کاهش راندمان، به خوبی عمل کند.

نشت دی الکتریک محدود

نشت دی‌الکتریک در بردهای مدار چاپی سرامیکی محدود است، معمولاً کمتر از 0.001، حتی در فرکانس‌های بالا. این کیفیت به آنها اجازه می‌دهد تا در دستگاه‌های فرکانس بالا، از جمله زیرساخت‌های 5G و مدارهای مایکروویو، استفاده شوند.

Tعلفی Sچاک Rوجود

بردهای مدار چاپی سرامیکی در دماهای بسیار بالا عملکرد بهتری دارند و گرما را به خوبی تنظیم می‌کنند. به خصوص در صنعت هوانوردی و هوافضا، بردهای مدار چاپی سرامیکی با قابلیت پشتیبانی از فناوری تراشه روی برد (COB) برای اتصال مستقیم قالب، عملکرد بهتری دارند.

انواع PCB سرامیکی

در این بخش، ما چهار نوع اصلی PCB های سرامیکی را مورد بحث قرار خواهیم داد. این انواع به چهار نوع محدود نمی‌شوند، اما برای آشنایی با انواع مختلف زیرلایه‌های PCB سرامیکی، در اینجا برخی از هسته‌های سرامیکی محبوب و پرکاربرد برای PCB آورده شده است.

بردهای مدار چاپی سرامیکی آلومینا (Al₂O₃)

آلومینا به دلیل هزینه پایین، یکی از رایج‌ترین زیرلایه‌های سرامیکی PCB است. رسانایی حرارتی آن 20 تا 30 وات بر میلی‌کلوین است که تا 65 برابر بیشتر از PCBهای سنتی ساخته شده با FR-4 است. در اینجا خلاصه‌ای از PCB سرامیکی آلومینا آورده شده است.

بردهای مدار چاپی سرامیکی نیترید آلومینیوم (AIN)

برد مدار چاپی سرامیکی نیترید آلومینیوم در مقایسه با آلومینا هزینه تولید نسبتاً بالایی دارد، اما رسانایی حرارتی استثنایی بین 140 تا 180 وات بر میلی کلوین دارد که آن را به انتخابی عالی برای مدارهای توان بالا و فرکانس بالا تبدیل می‌کند. در اینجا جزئیات بیشتری در مورد برد مدار چاپی سرامیکی نیترید آلومینیوم ارائه شده است.

بردهای مدار چاپی سرامیکی اکسید بریلیم (BeO)

بردهای مدار چاپی سرامیکی اکسید بریلیم بالاترین مقدار رسانایی حرارتی را دارند که از ۲۵۰ تا ۳۰۰ وات بر میلی‌کلوین متغیر است و آنها را به انتخابی عالی برای استفاده در مدارهایی تبدیل می‌کند که نیاز به عملکرد بالا در دماهای بالا دارند. در اینجا مختصراً به آن می‌پردازیم.

بردهای مدار چاپی سرامیکی آلومینات منیزیم (MgAl₂O₄)

در مقایسه با BeO و AIN، منیزیم آلومینات که رسانایی حرارتی بسیار پایینی دارد، گزینه مقرون به صرفه‌تری است.

فرآیند تولید PCB سرامیکی

برای ساخت بردهای مدار چاپی سرامیکی، پیروی از یک سری مراحل دقیق ضروری است. تمام این مراحل باید تضمین کنند که برد مدار سرامیکی تولید شده به طور کامل با هدف مورد نظر مطابقت دارد.

اولین قدم در ساخت یک برد مدار چاپی سرامیکی، تجزیه و تحلیل نیازها، استحکام مورد نیاز، استحکام و خواص مرتبط با رسانایی آن است.

دوم، ما باید یک زیرلایه PCB سرامیکی مناسب را به عنوان پایه انتخاب کنیم. درست مانند هر محصول دیگری، مواد مختلف نیازهای مختلف را برآورده می‌کنند. آلومینا یک انتخاب محبوب برای پروژه‌های با بودجه محدود است. نیترید آلومینیوم و اکسید بریلیم زمانی مفید هستند که یک پروژه به رسانایی حرارتی بالا نیاز داشته باشد.

وقتی پایه مناسبی برای PCB سرامیکی خود داشتیم، وقت آن است که با حکاکی لیزری، چاپ‌هایی روی مدار انجام دهیم. این حکاکی‌ها مسیری برای جریان الکتریسیته ایجاد می‌کنند. سپس، بسته به پیچیدگی مدار، از رسوب فیلم ضخیم یا نازک برای ایجاد مسیرهای رسانای مورد نیاز استفاده می‌کنیم.

حالا نوبت به مهم‌ترین مرحله می‌رسد - پختن تخته در دمای بسیار بالا. این گرمای شدید همه چیز را به هم می‌چسباند و آن را به یک واحد منسجم تبدیل می‌کند.

اما این هنوز تمام نشده است. سفر PCB سرامیکی با ایجاد سوراخ‌هایی برای ایجاد پایه‌هایی برای اتصال سایر اجزا ادامه می‌یابد - درست مانند ساختن یک شهر مینیاتوری. سپس، PCB های سرامیکی با یک پوشش ضد خوردگی محافظت می‌شوند.

در نهایت، تیم تضمین کیفیت، کل فرآیند تولید بردهای مدار چاپی سرامیکی را با دقت مشاهده و تجزیه و تحلیل می‌کند. با توجه به اینکه هر مرحله شامل توجه ویژه به جزئیات است، ما نمی‌توانیم با هیچ حرکتی ریسک کنیم، زیرا یک حرکت اشتباه کل سیستم الکتریکی را خراب خواهد کرد.

دقیقاً به همین دلیل است که ما همیشه به مشتریان خود توصیه می‌کنیم که به دنبال یک تولیدکننده PCB سرامیکی معتبر مانند ... باشند. PCBasicبرای اطلاعات بیشتر یا دریافت قیمت، به [لینک] مراجعه کنید. www.pcbasic.com.

کاربردهای تخته‌های سرامیکی

برق الکترونیک

به طور گسترده، PCB های سرامیکی در اینورترها و درایوهای موتور استفاده می‌شوند. دلیل اصلی آن، خواص دفع حرارت بهتر آنهاست.

مدارهای RF و مایکروویو

PCB های سرامیکی همچنین به دلیل ثابت دی الکتریک پایینشان، به راحتی در سیستم های RF و مایکروویو مورد استفاده قرار می گیرند، زیرا به راحتی با فرکانس های بالا تداخل نمی کنند. علاوه بر این، ممکن است PCB های سرامیکی را در سیستم های ماهواره ای مشاهده کنید که معمولاً با زیرلایه های BeO و AIN جفت می شوند.

ال‌ای‌دی و اپتوالکترونیک

وقتی LED های پرقدرت برای مدت طولانی استفاده می‌شوند، مدار واقعاً داغ می‌شود و این گرما باید از بین برود. به همین دلیل است که ما شاهد استفاده از PCB های سرامیکی در چنین وسایلی هستیم. به طور مشابه، PCB های سرامیکی در فوتودیودها و دیودهای لیزری نیز برای کاهش تنش حرارتی استفاده می‌شوند.

الکترونیک خودرو

در صنعت خودرو، هر ماشین جدید در رقابت با مشخصات و ارقام عملکرد بهتر ساخته می‌شود. برای اینکه سیستم الکتریکی خودرو قابل اعتمادتر و مقاوم‌تر در برابر حرارت باشد، مهندسان از PCB های سرامیکی برای اتلاف بهتر گرما استفاده می‌کنند تا عملکرد کلی وسایل نقلیه افزایش یابد.

هوافضا و دفاع

در دماهای بالا، PCB های سرامیکی بهتر از هر نوع PCB سنتی دیگری به کاهش کرنش حرارتی کمک می‌کنند.

نتیجه

بردهای مدار چاپی سرامیکی برای هر کسی که به دنبال سرمایه‌گذاری بلندمدت در مدارات الکترونیکی است، گزینه‌ی مناسبی هستند. کاربردها و خواص بردهای مدار چاپی سرامیکی فراتر از بردهای مدار چاپی سنتی است. اگر به دنبال شریک PCB سرامیکی هستید، PCBasic هوای شما را دارد! آنها می‌توانند بردهای مدار چاپی سرامیکی درجه یک برای شما بسازند تا پروژه‌هایتان سریع و خوب پیش بروند. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد آن، به www.pcbasic.com و ببینید چه کاری می‌توانند برای شما انجام دهند!

درباره PCBasic

زمان در پروژه‌های شما حکم پول را دارد – و PCBasic آن را دریافت می کند. PCاساسی هست یک شرکت مونتاژ PCB که هر بار نتایج سریع و بی‌نقصی ارائه می‌دهد. خدمات جامع ما خدمات مونتاژ PCB شامل پشتیبانی مهندسی متخصص در هر مرحله، تضمین کیفیت برتر در هر تخته. به عنوان یک پیشرو سازنده مونتاژ PCB, ما یک راهکار جامع ارائه می‌دهیم که زنجیره تأمین شما را ساده می‌کند. با تیم پیشرفته ما همکاری کنید کارخانه نمونه اولیه PCB برای تحویل سریع و نتایج عالی که می‌توانید به آنها اعتماد کنید.