بررسی اجمالی PCB های سرامیکی

زیرلایه سرامیکی PCB به یک برد پردازش ویژه با فویل مسی اشاره دارد که مستقیماً به سطح (یک یا دو طرف) زیرلایه سرامیکی PCB آلومینا (Al2O3) یا نیترید آلومینیوم (AlN) در دماهای بالا متصل شده است. زیرلایه کامپوزیتی فوق نازک تولید شده دارای عایق الکتریکی عالی، رسانایی حرارتی بالا، لحیم پذیری عالی و قدرت چسبندگی بالا است و می‌تواند الگوهای مختلفی را حکاکی کند، بنابراین ظرفیت حمل جریان بالایی دارد. بنابراین، زیرلایه سرامیکی PCB به ماده اصلی فناوری ساختار مدار الکترونیکی پرقدرت و فناوری اتصال تبدیل شده است.

ظهور محصولات زیرلایه PCB سرامیکی، توسعه جدیدی را در صنعت کاربرد اتلاف گرما آغاز کرده است. به دلیل ویژگی‌های اتلاف گرمای زیرلایه PCB سرامیکی و مزایای زیرلایه PCB سرامیکی مانند اتلاف گرمای بالا، مقاومت حرارتی کم، عمر طولانی و مقاومت ولتاژ، با بهبود فناوری و تجهیزات تولید، قیمت محصول تسریع و منطقی شده است و در نتیجه زمینه‌های کاربردی صنعت LED مانند چراغ‌های نشانگر لوازم خانگی، چراغ‌های خودرو، چراغ‌های خیابانی و بیلبوردهای بزرگ فضای باز گسترش یافته است. 

توسعه موفقیت‌آمیز زیرلایه PCB سرامیکی، خدمات بهتری را برای محصولات روشنایی داخلی و خارجی فراهم می‌کند و در آینده بازار وسیع‌تری را برای صنعت LED فراهم می‌کند.

انواع بردهای مدار چاپی سرامیکی Dتقسیم بر Materials

بردهای مدار چاپی سرامیکی را می‌توان بر اساس مواد مورد استفاده طبقه‌بندی کرد. مواد رایج شامل اکسید آلومینیوم، نیترید آلومینیوم و نیترید سیلیکون هستند. آنها از نظر اتلاف گرما، عایق‌بندی و استحکام عملکرد متفاوتی دارند. انتخاب ماده مناسب می‌تواند برد مدار را برای نیازهای واقعی استفاده شما مناسب‌تر کند.

1. برد مدار چاپی سرامیکی آلومینا

زیرلایه سرامیکی آلومینا برای PCB رایج‌ترین ماده زیرلایه مورد استفاده در صنعت الکترونیک است، به دلیل استحکام و پایداری شیمیایی بالا در مقایسه با اکثر سرامیک‌های اکسیدی دیگر در خواص مکانیکی، حرارتی و الکتریکی و مواد اولیه فراوان، برای تولید فنی مختلف و اشکال مختلف مناسب است. زیرلایه آلومینا را می‌توان در سه بعد سفارشی کرد.

2. برد مدار چاپی سرامیکی اکسید بریلیم

رسانایی حرارتی آن از آلومینیوم بیشتر است، بنابراین می‌توان از آن در مواردی که به رسانایی حرارتی بالا نیاز است استفاده کرد، اما وقتی دما از 300 درجه سانتیگراد بیشتر می‌شود، رسانایی حرارتی آن به سرعت کاهش می‌یابد. مهمترین نکته این است که سمیت آن، توسعه خود را محدود می‌کند.

سرامیک‌های اکسید بریلیم، سرامیک‌هایی هستند که اکسید بریلیم جزء اصلی آنها است. این سرامیک‌ها عمدتاً به عنوان زیرلایه مدار مجتمع در مقیاس بزرگ، تیوب لیزر گازی پرقدرت، پوسته هیت سینک ترانزیستور، پنجره خروجی مایکروویو و کندکننده نوترون استفاده می‌شوند.

3. برد مدار چاپی سرامیکی نیترید آلومینیوم

AlN دو ویژگی بسیار مهم دارد که شایان ذکر است: یکی رسانایی حرارتی بالا و دیگری ضریب انبساط حرارتی مطابق با Si. عیب آن این است که حتی اگر یک لایه اکسید بسیار نازک روی سطح وجود داشته باشد، بر رسانایی حرارتی تأثیر می‌گذارد. تنها با کنترل دقیق مواد و فرآیندها می‌توان زیرلایه‌های AlN را با قوام خوب تولید کرد. در چین فناوری‌های تولید AlN کمی وجود دارد که می‌توانند در مقیاس بزرگ مانند Sliton تولید شوند و قیمت AlN در مقایسه با Al2O3 نسبتاً بالاست که این نیز یک تنگنای کوچک است که توسعه آن را محدود می‌کند. با این حال، با بهبود اقتصاد و فناوری، این تنگنا در نهایت از بین خواهد رفت.

از دلایل فوق می‌توان دریافت که سرامیک‌های آلومینا به دلیل عملکرد جامع برترشان به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند و هنوز هم در میکروالکترونیک، الکترونیک قدرت، میکروالکترونیک هیبریدی، ماژول‌های قدرت و سایر زمینه‌ها در موقعیت غالب قرار دارند.

AlN را می‌توان تا دمای 2200 درجه سانتیگراد پایدار کرد. استحکام آن در دمای اتاق بالا است و با افزایش دما، استحکام آن به آرامی کاهش می‌یابد. این ماده رسانایی حرارتی خوبی دارد، ضریب انبساط حرارتی کمی دارد و ماده‌ای مقاوم در برابر شوک حرارتی است. با مقاومت بالا در برابر فرسایش فلز مذاب، این ماده یک ماده ایده‌آل برای ذوب و ریخته‌گری آهن خالص، آلومینیوم یا آلیاژ آلومینیوم است. 

نیترید آلومینیوم همچنین یک عایق الکتریکی با خواص دی‌الکتریک خوب است و همچنین نویدبخش استفاده به عنوان یک قطعه الکتریکی است. پوشش نیترید آلومینیوم روی سطح گالیوم آرسنید می‌تواند آن را از کاشت یون در طول عملیات حرارتی محافظت کند. همچنین کاتالیزوری برای تبدیل نیترید آلومینیوم از نیترید بور شش ضلعی به نیترید بور مکعبی است. در دمای اتاق به آرامی با آب واکنش می‌دهد. می‌توان آن را از پودر آلومینیوم در دمای 800 تا 1000 درجه سانتیگراد در جو آمونیاک یا نیتروژن سنتز کرد. محصول به رنگ پودری سفید تا خاکستری مایل به آبی است. این ماده با واکنش سیستم Al2O3-C-N2 در دمای 1600 تا 1750 درجه سانتیگراد سنتز می‌شود و محصول یک پودر سفید مایل به سفید است. کلرید آلومینیوم و آمونیاک با واکنش فاز گازی تهیه می‌شوند. این پوشش را می‌توان از سیستم AlCl3-NH3 با رسوب فاز گازی سنتز کرد.

۴. برد مدار چاپی سرامیکی نیترید سیلیکون

شرکت راجرز زیرلایه PCB سرامیکی نیترید سیلیکون (Si3N4) سری جدید curamik® را در سال ۲۰۱۲ معرفی کرد. از آنجایی که مقاومت مکانیکی نیترید سیلیکون بالاتر از سایر سرامیک‌ها است، زیرلایه جدید curamik® می‌تواند به طراحان کمک کند تا در محیط‌های کاری سخت و HEV/EV و سایر کاربردهای انرژی تجدیدپذیر، به طول عمر بالایی دست یابند.

استحکام خمشی زیرلایه سرامیکی PCB جدید ساخته شده از نیترید سیلیکون بیشتر از زیرلایه ساخته شده از Al2O3 و AlN است.

چقرمگی شکست Si3N4 حتی از سرامیک‌های آلاییده شده با زیرکونیا نیز بیشتر است.

تاکنون، قابلیت اطمینان زیرلایه PCB سرامیکی با روکش مس که در ماژول‌های قدرت استفاده می‌شود، به دلیل استحکام خمشی پایین سرامیک‌ها محدود شده است که باعث کاهش قابلیت چرخه حرارتی می‌شود. برای کاربردهایی که تنش حرارتی و مکانیکی شدید را با هم ترکیب می‌کنند، مانند خودروهای هیبریدی و خودروهای الکتریکی (HEV/EV)، زیرلایه PCB سرامیکی که معمولاً استفاده می‌شود، بهترین انتخاب نیست. ضرایب انبساط حرارتی زیرلایه (PCB سرامیکی) و هادی (مس) بسیار متفاوت هستند که در طول چرخه حرارتی به ناحیه اتصال فشار وارد می‌کند و در نتیجه قابلیت اطمینان را کاهش می‌دهد. این زیرلایه PCB سرامیکی نیترید سیلیکون (Si3N4) سری curamik® که توسط شرکت راجرز در نمایشگاه PCIM امسال معرفی شد، عمر ماژول‌های الکترونیک قدرت را 10 برابر افزایش می‌دهد.

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.

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

۲. دوم، ما باید یک زیرلایه سرامیکی PCB 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.

۳. 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.

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

۵. 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.

۶. 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 زیادی 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.

مزایای استفاده از CPCB ارامیکs

◆ ضریب انبساط حرارتی زیرلایه PCB سرامیکی نزدیک به ضریب انبساط حرارتی تراشه سیلیکونی است که می‌تواند برش مولیبدن از لایه انتقال را ذخیره کند، در نیروی کار، مواد و هزینه صرفه‌جویی کند.

◆ کاهش لایه جوش، مقاومت حرارتی، حفره‌ها و میزان تسلیم؛

◆ تحت ظرفیت حمل جریان یکسان، عرض خط فویل مسی با ضخامت 0.3 میلی‌متر در PCB سرامیکی تنها 10٪ از بردهای مدار چاپی معمولی است؛

◆ رسانایی حرارتی عالی، بسته‌بندی تراشه را بسیار فشرده می‌کند، بنابراین چگالی توان را تا حد زیادی افزایش داده و قابلیت اطمینان سیستم و دستگاه را بهبود می‌بخشد.

◆ زیرلایه سرامیکی PCB فوق نازک (0.25 میلی‌متر) می‌تواند بدون سمیت محیطی جایگزین BeO شود.

◆ ظرفیت حمل جریان زیاد است و جریان ۱۰۰ آمپر به طور مداوم از یک بدنه مسی با عرض ۱ میلی‌متر و ضخامت ۰.۳ میلی‌متر عبور می‌کند و دما حدود ۱۷ درجه سانتیگراد افزایش می‌یابد. جریان ۱۰۰ آمپر به طور مداوم از یک بدنه مسی با عرض ۲ میلی‌متر و ضخامت ۰.۳ میلی‌متر عبور می‌کند و افزایش دما فقط حدود ۵ درجه سانتیگراد است.

◆ مقاومت حرارتی پایین. مقاومت حرارتی زیرلایه PCB سرامیکی 10×10 میلی‌متر برای زیرلایه PCB سرامیکی 0.31 میلی‌متر 0.63 کیلو وات بر وات، برای زیرلایه PCB سرامیکی 0.19 میلی‌متر 0.38 کیلو وات بر وات و برای زیرلایه PCB سرامیکی 0.14 میلی‌متر 0.25 کیلو وات بر وات است.

◆ عایق‌بندی بالا و مقاومت در برابر ولتاژ، تضمین ایمنی شخصی و قابلیت حفاظت از تجهیزات.

◆ روش‌های جدید بسته‌بندی و مونتاژ می‌توانند محقق شوند که می‌توانند محصولات را بسیار یکپارچه کرده و حجم را کاهش دهند.

عملکرد Rتجهیزات برای سیPCB ارامیکs

در دستگاه‌های الکترونیکی که تحت شرایط توان بالا، فرکانس بالا و محیط‌های سخت کار می‌کنند، بردهای مدار سنتی FR4 در برآورده کردن الزامات سختگیرانه آنها برای اتلاف گرما، عملکرد الکتریکی و پایداری دشوار شده‌اند. PCB سرامیکی به دلیل رسانایی حرارتی عالی، عایق الکتریکی و قابلیت اطمینان، به انتخابی ایده‌آل برای نسل جدید بسته‌بندی‌های الکترونیکی و حامل‌های مدار تبدیل شده است. بیایید نگاهی به الزامات اصلی عملکرد بردهای مدار سرامیکی بیندازیم.

خواص مکانیکی

برد مدار چاپی سرامیکی با استحکام مکانیکی کافی بالا، علاوه بر حمل قطعات، می‌تواند به عنوان عضو پشتیبان نیز مورد استفاده قرار گیرد. این برد مدار چاپی قابلیت پردازش خوبی دارد و دقت ابعادی بالایی دارد؛ ساخت چند لایه آن آسان است، سطوح صافی دارد و هیچ گونه تاب، خمیدگی، میکروترک و غیره ندارد.

خواص الکتریکی

مقاومت عایقی بالا و ولتاژ شکست عایق؛ ثابت دی‌الکتریک پایین؛ تلفات دی‌الکتریک پایین؛ عملکرد پایدار در شرایط دمای بالا و رطوبت بالا، برد مدار چاپی سرامیکی قابلیت اطمینان را تضمین می‌کند.

خواص حرارتی

رسانایی حرارتی بالا؛ ضریب انبساط حرارتی با مواد مرتبط (به ویژه با ضریب انبساط حرارتی Si) مطابقت دارد؛ مقاومت حرارتی عالی.

سایر املاک

پایداری شیمیایی خوب؛ فلزکاری آسان، چسبندگی قوی بین الگوهای مدار و آنها؛ عدم جذب رطوبت؛ مقاومت در برابر روغن و مواد شیمیایی؛ میزان تابش ساطع شده کم است؛ مواد به کار رفته بدون آلودگی و غیرسمی هستند؛ ساختار کریستالی در محدوده دمای استفاده تغییر نمی‌کند؛ مواد اولیه غنی؛ فناوری بالغ؛ تولید آسان؛ قیمت پایین.

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.

کاربردs بردهای مدار چاپی سرامیکی

◆ ماژول نیمه‌هادی قدرت با توان بالا؛ یخچال نیمه‌هادی، بخاری الکترونیکی؛ مدار کنترل توان RF، مدار هیبرید توان.

◆ اجزای هوشمند قدرت: منبع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا و رله حالت جامد.

◆ قطعات الکترونیکی خودرو، هوافضا و نظامی.

◆ مونتاژ پنل خورشیدی؛ تبادل خصوصی مخابرات، سیستم دریافت؛ لیزر و سایر لوازم الکترونیکی صنعتی.

چرا از بردهای مدار چاپی سرامیکی به جای بردهای دیگر استفاده کنیم؟

در مقایسه با PCB سنتی FR4 یا MCPCB با زیرلایه فلزی، PCB با زیرلایه سرامیکی مزایای قابل توجهی در چندین شاخص کلیدی عملکرد دارد. رسانایی حرارتی برجسته، ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین، عایق الکتریکی عالی و پاسخ فرکانسی آن، آن را به انتخابی ایده‌آل برای دستگاه‌های الکترونیکی با کارایی بالا و بسیار قابل اعتماد، به ویژه مناسب برای الکترونیک قدرت، ارتباطات فرکانس رادیویی و کاربردها در محیط‌های سخت تبدیل می‌کند.

در اینجا، می‌توانیم نقاط قوت چند بعدی PCB های سرامیکی را، به ویژه در کاربردهای توان بالا، فرکانس بالا و قابلیت اطمینان بالا، مشاهده کنیم. آنها در زمینه‌های کلیدی از FR4 و MCPCB بهتر عمل می‌کنند و بردهای مدار سرامیکی را به انتخاب ارجح برای بسیاری از سیستم‌های الکترونیکی پیشرفته تبدیل می‌کنند.

نتیجه

با فشرده‌تر و قدرتمندتر شدن دستگاه‌های الکترونیکی، تقاضا برای راه‌حل‌های حرارتی و الکتریکی قوی افزایش می‌یابد. بردهای مدار چاپی سرامیکی به دلیل عملکرد برتر خود در شرایط سخت، برجسته هستند و این امر آنها را برای کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا ضروری می‌کند. چه برای خودرو، هوافضا یا LED های پرقدرت طراحی کنید، انتخاب سازنده برد مدار چاپی سرامیکی مناسب و بستر برد مدار چاپی سرامیکی می‌تواند موفقیت طولانی مدت محصول شما را تضمین کند.