Tinjauan Umum PCB Keramik

Substrat PCB keramik mengacu pada papan proses khusus dengan foil tembaga yang direkatkan langsung ke permukaan (satu sisi atau dua sisi) substrat PCB keramik alumina (Al2O3) atau aluminium nitrida (AlN) pada suhu tinggi. Substrat komposit ultra-tipis yang diproduksi ini memiliki insulasi listrik yang sangat baik, konduktivitas termal yang tinggi, kemampuan solder yang sangat baik, dan daya rekat yang tinggi, serta dapat mengetsa berbagai pola, sehingga memiliki daya hantar arus yang besar. Oleh karena itu, substrat PCB keramik telah menjadi material dasar untuk teknologi struktur sirkuit elektronika daya tinggi dan teknologi interkoneksi.

Kehadiran produk substrat PCB keramik telah memulai perkembangan baru dalam industri aplikasi disipasi panas. Berkat karakteristik disipasi panas substrat PCB keramik dan keunggulannya seperti disipasi panas yang tinggi, resistansi termal yang rendah, masa pakai yang lama, dan resistansi tegangan, seiring dengan peningkatan teknologi dan peralatan produksi, harga produk telah dipercepat dan dirasionalisasi, sehingga memperluas bidang aplikasi industri LED, seperti lampu indikator peralatan rumah tangga, lampu mobil, lampu jalan, dan papan reklame besar luar ruangan. 

Pengembangan substrat PCB keramik yang sukses memberikan layanan yang lebih baik untuk produk pencahayaan dalam ruangan dan pencahayaan luar ruangan serta memberi industri LED pasar yang lebih luas di masa mendatang.

Jenis PCB Keramik Ddibagi dengan Materials

PCB keramik dapat diklasifikasikan berdasarkan material yang digunakan. Material yang umum digunakan antara lain aluminium oksida, aluminium nitrida, dan silikon nitrida. PCB keramik memiliki kinerja yang berbeda dalam hal pembuangan panas, insulasi, dan kekuatan. Pemilihan material yang tepat dapat membuat papan sirkuit lebih sesuai dengan kebutuhan penggunaan Anda.

1. PCB keramik alumina

Substrat PCB keramik alumina adalah material substrat yang paling umum digunakan dalam industri elektronik. Karena kekuatan dan stabilitas kimianya yang tinggi dibandingkan dengan kebanyakan keramik oksida lainnya dalam hal sifat mekanik, termal, dan listrik, serta bahan baku yang melimpah, substrat ini cocok untuk berbagai manufaktur teknis dan berbagai bentuk. Substrat alumina dapat dikustomisasi dalam tiga dimensi.

2. PCB keramik berilium oksida

Konduktivitas termalnya lebih tinggi daripada aluminium, sehingga dapat digunakan pada kondisi yang membutuhkan konduktivitas termal tinggi, tetapi konduktivitas termalnya menurun dengan cepat ketika suhu melebihi 300℃. Yang terpenting, toksisitasnya membatasi perkembangannya sendiri.

Keramik berilium oksida adalah keramik dengan berilium oksida sebagai komponen utamanya. Keramik ini terutama digunakan sebagai substrat sirkuit terpadu skala besar, tabung laser gas berdaya tinggi, cangkang penyerap panas transistor, jendela keluaran gelombang mikro, dan moderator neutron.

3. PCB keramik aluminium nitrida

AlN memiliki dua sifat yang sangat penting dan perlu diperhatikan: konduktivitas termal yang tinggi, dan koefisien ekspansi yang setara dengan Si. Kelemahannya adalah meskipun terdapat lapisan oksida yang sangat tipis di permukaannya, hal tersebut akan memengaruhi konduktivitas termal. Hanya dengan pengendalian material dan proses yang ketat, substrat AlN dapat diproduksi dengan konsistensi yang baik. Teknologi produksi AlN di Tiongkok yang dapat diproduksi dalam skala besar seperti Sliton masih terbatas, dan harga AlN relatif tinggi dibandingkan dengan Al2O3, yang juga merupakan hambatan kecil yang menghambat pengembangannya. Namun, seiring dengan kemajuan ekonomi dan teknologi, hambatan ini pada akhirnya akan hilang.

Dari alasan di atas, dapat diketahui bahwa keramik alumina banyak digunakan karena kinerja komprehensifnya yang unggul, dan masih menduduki posisi dominan dalam bidang mikroelektronika, elektronika daya, mikroelektronika hibrid, modul daya, dan bidang lainnya.

AlN dapat distabilkan hingga 2200℃. Kekuatannya tinggi pada suhu kamar, dan kekuatannya menurun perlahan seiring kenaikan suhu. AlN memiliki konduktivitas termal yang baik, koefisien ekspansi termal yang rendah, dan merupakan material tahan guncangan termal yang baik. Dengan ketahanan yang kuat terhadap erosi logam cair, AlN merupakan material krusibel yang ideal untuk peleburan dan pengecoran besi murni, aluminium, atau paduan aluminium. 

Aluminium nitrida juga merupakan isolator listrik dengan sifat dielektrik yang baik, dan juga menjanjikan untuk digunakan sebagai komponen listrik. Lapisan aluminium nitrida pada permukaan galium arsenida dapat melindunginya dari implantasi ion selama anil. Aluminium nitrida juga merupakan katalis untuk mengubah aluminium nitrida dari boron nitrida heksagonal menjadi boron nitrida kubik. Bereaksi lambat dengan air pada suhu kamar. Aluminium nitrida dapat disintesis dari bubuk aluminium pada suhu 800~1000℃ dalam atmosfer amonia atau nitrogen. Produknya berwarna putih hingga abu-abu, berwarna biru. Aluminium nitrida disintesis melalui reaksi sistem Al2O3-C-N2 pada suhu 1600~1750℃, dan hasilnya berupa bubuk berwarna putih pucat. Aluminium klorida dan amonia dibuat melalui reaksi fase gas. Lapisannya dapat disintesis dari sistem AlCl3-NH3 melalui deposisi fase gas.

4. PCB keramik silikon nitrida

Rogers Company memperkenalkan substrat PCB keramik silikon nitrida (Si3N4) seri curamik® baru pada tahun 2012. Karena kekuatan mekanis silikon nitrida lebih tinggi daripada keramik lainnya, substrat curamik® baru ini dapat membantu para desainer mencapai masa pakai yang panjang dalam lingkungan kerja yang keras dan aplikasi HEV/EV serta energi terbarukan lainnya.

Kekuatan lentur substrat PCB keramik baru yang terbuat dari silikon nitrida lebih tinggi daripada substrat yang terbuat dari Al2O3 dan AlN.

Ketangguhan patah Si3N4 bahkan melampaui keramik yang didoping zirkonia.

Hingga saat ini, keandalan substrat PCB keramik berlapis tembaga yang digunakan dalam modul daya masih terbatas karena kekuatan lentur keramik yang rendah, sehingga mengurangi kemampuan siklus termal. Untuk aplikasi yang menggabungkan tekanan termal dan mekanis ekstrem, seperti kendaraan hibrida dan kendaraan listrik (HEV/EV), substrat PCB keramik yang umum digunakan bukanlah pilihan terbaik. Koefisien ekspansi termal substrat (PCB keramik) dan konduktor (tembaga) sangat berbeda, yang akan memberikan tekanan pada area ikatan selama siklus termal, sehingga mengurangi keandalan. Substrat PCB keramik silikon nitrida (Si3N4) seri curamik® yang diperkenalkan oleh Rogers Company pada pameran PCIM tahun ini akan memperpanjang masa pakai modul elektronika daya hingga 10 kali lipat.

Proses Pembuatan PCB Keramik

Pembuatan PCB keramik memerlukan serangkaian langkah yang presisi. Semua langkah ini harus memastikan bahwa papan sirkuit keramik yang diproduksi sepenuhnya memenuhi tujuan yang diinginkan.

1. Langkah pertama dalam pembuatan PCB keramik adalah menganalisis kebutuhan, kekuatan yang dibutuhkan, kekakuan, dan sifat yang terkait dengan konduktivitasnya.

2. Kedua, kita perlu memilih substrat PCB keramik yang sesuai sebagai alas. Layaknya produk lainnya, material yang berbeda memiliki kebutuhan yang berbeda pula. Alumina merupakan pilihan populer untuk proyek-proyek dengan anggaran terbatas. Aluminium Nitrida dan Berilium Oksida sangat berguna ketika proyek menuntut konduktivitas termal yang tinggi sebagai prioritas utama.

3. Setelah kita memiliki dasar yang sempurna untuk PCB keramik kita, saatnya proses etsa laser untuk membuat cetakan pada sirkuit. Etsa ini menciptakan jalur bagi listrik untuk mengalir. Kemudian, tergantung pada kompleksitas sirkuit, kita menggunakan deposisi film tebal atau tipis untuk membuat jejak konduktif yang dibutuhkan.

4. Sekarang tibalah langkah paling krusial - membakar papan pada suhu yang sangat panas. Panas yang intens ini menyatukan semuanya, menjadikannya satu kesatuan yang kohesif.

5. Namun, ini belum selesai. Proses pembuatan PCB keramik berlanjut dengan mengebor lubang untuk membuat dudukan bagi komponen lain agar dapat dihubungkan—seperti membangun kota mini. Kemudian, PCB keramik dilindungi dengan lapisan anti-korosi.

6. Terakhir, tim jaminan kualitas mengamati dan menganalisis seluruh proses pembuatan PCB keramik dengan cermat. Karena setiap langkah melibatkan perhatian yang sangat detail, kami tidak dapat mengambil risiko apa pun karena satu langkah yang salah dapat merusak seluruh sistem kelistrikan.

Inilah alasannya kami selalu menyarankan klien kami untuk mencari produsen PCB keramik terpercaya seperti PCBasisUntuk informasi lebih lanjut atau untuk mendapatkan penawaran, kunjungi www.pcbasic.com.

Keuntungan CPCB keramiks

◆ Koefisien ekspansi termal substrat PCB keramik mendekati chip silikon, yang dapat menghemat irisan Mo dari lapisan transisi, menghemat tenaga kerja, material, dan mengurangi biaya;

◆ Mengurangi lapisan pengelasan, hambatan termal, rongga, dan hasil;

◆ Dengan kapasitas arus yang sama, lebar garis foil tembaga setebal 0.3 mm pada PCB keramik hanya 10% dari lebar garis pada papan sirkuit cetak biasa;

◆ Konduktivitas termal yang sangat baik membuat paket chip sangat kompak, sehingga sangat meningkatkan kepadatan daya dan meningkatkan keandalan sistem dan perangkat;

◆ Substrat PCB keramik ultra-tipis (0.25mm) dapat menggantikan BeO tanpa toksisitas lingkungan;

◆ Kapasitas arusnya besar, dan arus 100A mengalir terus menerus melalui badan tembaga selebar 1 mm dan setebal 0.3 mm, sehingga suhu naik sekitar 17℃. Arus 100A mengalir terus menerus melalui badan tembaga selebar 2 mm dan setebal 0.3 mm, sehingga suhu naik sekitar 5℃.

◆ Resistansi termal rendah. Resistansi termal substrat PCB keramik 10x10mm adalah 0.31K/W untuk substrat PCB keramik 0.63mm, 0.19K/W untuk substrat PCB keramik 0.38mm, dan 0.14K/W untuk substrat PCB keramik 0.25mm.

◆ Isolasi tinggi dan tahan tegangan, menjamin keselamatan pribadi dan kemampuan perlindungan peralatan.

◆ Metode pengemasan dan perakitan baru dapat diwujudkan, yang dapat membuat produk sangat terintegrasi dan mengurangi volume.

Performance Rpersyaratan untuk CPCB keramiks

Pada perangkat elektronik yang beroperasi di bawah daya tinggi, frekuensi tinggi, dan lingkungan ekstrem, papan sirkuit FR4 tradisional menjadi sulit memenuhi persyaratan ketatnya dalam hal pembuangan panas, kinerja listrik, dan stabilitas. PCB keramik telah menjadi pilihan ideal untuk kemasan elektronik dan pembawa sirkuit generasi baru karena konduktivitas termal, insulasi listrik, dan keandalannya yang sangat baik. Mari kita lihat persyaratan kinerja inti untuk papan sirkuit keramik.

Sifat mekanik

Dengan kekuatan mekanis yang cukup tinggi, PCB keramik juga dapat digunakan sebagai komponen pendukung selain komponen pembawa. PCB ini memiliki kemampuan proses yang baik dan akurasi dimensi yang tinggi; mudah untuk direalisasikan dengan permukaan multilayer yang halus tanpa lengkungan, tekukan, retakan mikro, dll.

Sifat listrik

Resistansi isolasi dan tegangan tembus isolasi tinggi; Konstanta dielektrik rendah; Kehilangan dielektrik rendah; Kinerja stabil dalam kondisi suhu tinggi dan kelembapan tinggi, PCB keramik memastikan keandalan.

Sifat termal

Konduktivitas termal yang tinggi; Koefisien ekspansi termal disesuaikan dengan bahan terkait (terutama dengan koefisien ekspansi termal Si); Ketahanan panas yang sangat baik.

Properti lainnya

Stabilitas kimia yang baik; Metalisasi mudah, adhesi yang kuat antara pola sirkuit dan mereka; Tidak higroskopisitas; Tahan minyak dan kimia; Jumlah radiasi yang dipancarkan kecil; Zat yang diadopsi bebas polusi dan tidak beracun; Struktur kristal tidak berubah dalam kisaran suhu penggunaan; Bahan baku yang kaya; Teknologi matang; Mudah diproduksi; Harga rendah.

Tentang PCBasic

Waktu adalah uang dalam proyek Anda – dan PCBasis mengerti. PCDasar adalah Perusahaan perakitan PCB yang memberikan hasil cepat dan sempurna setiap saat. jasa perakitan PCB termasuk dukungan teknik ahli di setiap langkah, memastikan kualitas terbaik di setiap papan. Sebagai perusahaan terkemuka Produsen perakitan PCB, Kami menyediakan solusi terpadu yang menyederhanakan rantai pasokan Anda. Bermitralah dengan tim kami yang canggih. Pabrik prototipe PCB untuk penyelesaian yang cepat dan hasil terbaik yang dapat Anda percaya.

Aplikasis dari PCB Keramik

◆ Modul semikonduktor daya tinggi; Kulkas semikonduktor, pemanas elektronik; Rangkaian kontrol daya RF, rangkaian hibrida daya.

◆ Komponen daya cerdas: Catu daya switching frekuensi tinggi dan relai solid-state.

◆ Komponen elektronik otomotif, kedirgantaraan, dan militer.

◆ Perakitan panel surya; Pertukaran pribadi telekomunikasi, sistem penerimaan; Laser dan elektronik industri lainnya.

Mengapa Menggunakan PCB Keramik dibanding Papan Lainnya?

Dibandingkan dengan PCB FR4 tradisional atau MCPCB substrat logam, PCB substrat keramik memiliki keunggulan signifikan dalam berbagai indikator kinerja utama. Konduktivitas termalnya yang luar biasa, koefisien ekspansi termal yang sangat rendah, insulasi listrik yang sangat baik, dan respons frekuensi menjadikannya pilihan ideal untuk perangkat elektronik berkinerja tinggi dan sangat andal, terutama cocok untuk elektronika daya, komunikasi frekuensi radio, dan aplikasi di lingkungan yang keras.

Di sini, kita dapat melihat keunggulan multidimensi PCB keramik, terutama dalam aplikasi berdaya tinggi, berfrekuensi tinggi, dan dengan keandalan tinggi. PCB keramik mengungguli FR4 dan MCPCB di area-area utama, menjadikan papan sirkuit keramik pilihan utama untuk berbagai sistem elektronik canggih.

Kesimpulan

Seiring perangkat elektronik menjadi lebih ringkas dan bertenaga, permintaan akan solusi termal dan listrik yang tangguh pun meningkat. PCB keramik unggul karena kinerjanya yang unggul dalam kondisi ekstrem, menjadikannya penting untuk aplikasi dengan keandalan tinggi. Baik Anda merancang untuk otomotif, kedirgantaraan, atau LED berdaya tinggi, memilih produsen PCB keramik dan substrat PCB keramik yang tepat dapat memastikan kesuksesan jangka panjang produk Anda.