4 تخته فایبرگلاس سنتی FR{4}}پس از لحیم کاری جریانی، شکل "قوس" پیدا می کنند. این نتیجه اجتناب ناپذیر عدم تعادل بین تنش حرارتی و خواص فیزیکی مواد است. PCB های سنتی از نقص لحیم کاری قطعات و خرابی تجهیزات به دلیل تاب برداشتن رنج می برند. نوعی از PCB که از سرامیک به عنوان بستر خود استفاده میکند، با تقریباً{5}}پایداری فیزیکی کامل، به انتخاب اصلی برای دستگاههای الکترونیکی با قدرت{{6} یا با قابلیت اطمینان بالا تبدیل شده است.
چرا بسترهای سرامیکی تار نمیشوند؟
علت اصلی تاب برداشتن PCB در عدم تطابق بین ضرایب انبساط حرارتی مواد و آزاد شدن تنش داخلی است. بسترهای معمولی FR-4 از چسباندن پارچه فایبرگلاس و رزین اپوکسی تشکیل می شوند. رزین با گرم شدن نرم می شود و وقتی سرد می شود منقبض می شود. فویل مسی نامتقارن در هر دو طرف تغییر شکل را تشدید می کند.
زیرلایه های سرامیکی ویژگی های کاملا متفاوتی دارند. آنها از ورقه های سبز سرامیکی پخته شده با دمای بالا به عنوان پایه استفاده می کنند که مدول الاستیک بسیار بالا و ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین را نشان می دهند. در طول تولید، فویل مسی از طریق پرس داغ با دمای بالا یا فناوری آبکاری مستقیم مس به سطح سرامیک متصل میشود و به جای اتصال چسب ساده، به پیوند بین مولکولی دست مییابد. این به ساختار کامپوزیت اجازه می دهد تا پایداری ابعادی را حتی در شرایط دمایی شدید حفظ کند.
سرامیک آلومینا: پادشاه هزینه-اثربخشی
آلومینا در حال حاضر پرمصرف ترین ماده زیرلایه سرامیکی است که بین 75 تا 99.5 درصد آلومینا دارد. خلوص بالای 99.5٪ منجر به یک سطح صاف و متراکم با تلفات دی الکتریک بسیار کم می شود که آن را برای مدارهای فرکانس{4} بالا مناسب می کند.
رسانایی حرارتی آلومینا تقریباً 24 تا 28 W/(m·K) است که به طور قابل توجهی بالاتر از 0.3 W/(m·K) FR{5}}4 است. با این حال، هنوز در برنامه های کاربردی با قدرت فوق العاده بالا کوتاه می آید. این محصول دارای مواد خام فراوان، استحکام مکانیکی بالا و پایداری شیمیایی عالی است که آن را به نمونهای بارز از محصولی تبدیل میکند که عملکرد و هزینه را متعادل میکند و در نتیجه جایگاهی غالب در زمینههای میکروالکترونیک و ماژول قدرت دارد.
رسانایی حرارتی بالای نیترید آلومینیوم به خوبی-با ویفرهای سیلیکونی مطابقت دارد. ظهور سرامیک نیترید آلومینیوم مشکل رسانایی حرارتی ناکافی در آلومینا را حل کرده است و به رسانایی حرارتی بیش از 170 W/(m·K)، هفت برابر آلومینا و حتی پیشی گرفتن از آلومینیوم فلزی دست یافته است.
مهمتر از آن، ضریب انبساط حرارتی نیترید آلومینیوم بسیار نزدیک به ویفرهای سیلیکونی نیمه هادی است. وقتی تراشههای{1} قدرت بالا مستقیماً روی زیرلایه نصب میشوند، ضریب انبساط مشابه به طور مؤثری از تنش برشی ناشی از چرخه حرارتی جلوگیری میکند، بنابراین از ترک خوردن تراشه یا خستگی مفصل لحیم کاری جلوگیری میکند. فرآیند تولید آن دارای الزامات بسیار بالایی برای کنترل محتوای اکسیژن است. هرچه ناخالصی های اکسیژن کمتر باشد، هدایت حرارتی قوی تر است.
رسانایی حرارتی بالا و محدودیت های سمی اکسید بریلیم
سرامیکهای اکسید بریلیوم رسانایی حرارتی فوقالعادهای از خود نشان میدهند، حتی از نیترید آلومینیوم نیز فراتر رفته و در دمای اتاق به بیش از 250 W/(m·K) میرسد. زمانی این ماده ترجیح داده شده در زمینه هایی با الزامات اتلاف حرارت بسیار سخت بود.
با این حال، پودر اکسید بریلیوم سمی است. اگر گرد و غبار تولید شده در حین تولید و فرآوری استنشاق شود، می تواند باعث بیماری های ریوی جدی شود. به طور مشابه، اگر گرد و غبار تولید شده در هنگام دفع استنشاق شود، می تواند باعث بیماری های ریوی جدی شود. این نقص کشنده به شدت توسعه آن را محدود می کند. در حال حاضر فقط در تعداد بسیار کمی از زمینه های نظامی تخصصی با اقدامات حفاظتی جامع و همچنین در تعداد بسیار کمی از حوزه های تخصصی هوافضا با اقدامات حفاظتی جامع استفاده می شود. بازار غیرنظامی تا حد زیادی با نیترید آلومینیوم جایگزین شده است.
مزایای اصلی PCB های سرامیکی
بارزترین مزیت زیرلایه های سرامیکی ظرفیت حمل{0} جریان قوی آنهاست. داده های تجربی نشان می دهد که وقتی یک جریان 100 آمپری به طور مداوم از یک بستر مسی 0.3 میلی متری ضخامت یک میلی متر عبور می کند، افزایش دما فقط حدود 17 درجه است. اگر ضخامت مس تا 2 میلی متر افزایش یابد، افزایش دما تا 5 درجه قابل کنترل است.
علاوه بر این، دارای خواص عایق عالی است که می تواند در برابر ولتاژ بالا مقاومت کند. این ویژگی ایمنی تجهیزات و پرسنل را تضمین می کند. از آنجایی که به چسبهای ارگانیک نیاز ندارد، عملکرد آن در محیطهای با دمای- و رطوبت{3} بالا بسیار پایدار است. علاوه بر این، چسبندگی فویل مسی بسیار قوی است و به دلیل تغییرات شدید دما جدا نمی شود و قابلیت اطمینان آن را بسیار بالاتر از PCB های معمولی می کند.
گزینه های ساخت PCB های سرامیکی
حتی اگر بسترهای سرامیکی عملکرد برتری از خود نشان دهند، ماهیت شکننده آنها استفاده از آنها را در تولید تختههای{0} بزرگ محدود میکند و قیمت آنها بسیار بالاتر از FR-4 است. یک بستر 100 میلی متری جانبی نیترید آلومینیوم ممکن است ده ها برابر بیشتر از یک FR-4 با همان اندازه قیمت داشته باشد.
بنابراین، عمدتاً در برنامههای کاربردی پیشرفته مانند{{1} LEDهای پرقدرت، سیستمهای احتراق خودرو، منابع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا، هوافضا، و الکترونیک نظامی استفاده میشود. انتخاب یک بستر سرامیکی به معنای انتخاب پایداری و قابلیت اطمینان نهایی است. در تحقیق و توسعه واقعی یا تولید دسته ای کوچک، انتخاب یک سازنده حرفه ای و قابل اعتماد بسیار مهم است. JEP PCB سالها است که عمیقاً در صنعت درگیر بوده و دارای قابلیتهای حرفهای پردازش بستر سرامیکی است. از نمونهسازی اولیه تا تولید انبوه، میتواند پاسخ سریع و پشتیبانی از فرآیند پایدار را ارائه دهد و اطمینان حاصل شود که طراحی با عملکرد بالا{8}}شما میتواند به دقت به دست آید.
بنابراین، در طراحی محصول خود، کنترل هزینه را در اولویت قرار می دهید یا به دلیل افزایش دمای 5 درجه ای و قابلیت اطمینان و پایداری بی نظیر، بستر سرامیکی را انتخاب خواهید کرد؟ می توانید نظرات خود را در بخش نظرات به اشتراک بگذارید، این مقاله را لایک و به اشتراک بگذارید تا مهندسان بیشتری بتوانند این موضوع را در{1}}عمق عمومی شدن علم ببینند.