Tradicionālajām FR-4 stikla šķiedras plāksnēm pēc pārlodēšanas ir tendence izveidot "arkas" formu. Tas ir neizbēgams rezultāts nelīdzsvarotībai starp termisko spriegumu un materiāla fizikālajām īpašībām. Tradicionālie PCB cieš no komponentu lodēšanas defektiem un aprīkojuma darbības traucējumiem deformācijas dēļ. PCB tips, kurā kā substrāts tiek izmantota keramika un kura gandrīz -nevainojama fiziskā stabilitāte, kļūst par galveno{6}}jaudas vai augstas uzticamības elektronisko ierīču izvēli.
Kāpēc keramikas pamatnes nevelkas?
PCB deformācijas galvenais iemesls ir neatbilstība starp materiālu termiskās izplešanās koeficientiem un iekšējā sprieguma atbrīvošanu. Parastās FR-4 pamatnes tiek veidotas, savienojot stikla šķiedras audumu un epoksīda sveķus. Karsējot sveķi mīkstina un atdzesējot saraujas. Asimetriskā vara folija abās pusēs vēl vairāk pastiprina deformāciju.
Keramikas pamatnēm ir pilnīgi atšķirīgas īpašības. Par pamatu tiek izmantotas augstas-temperatūras keramikas zaļās loksnes, kurām ir ļoti augsts elastības modulis un ārkārtīgi zems termiskās izplešanās koeficients. Ražošanas laikā vara folija tiek piestiprināta pie keramikas virsmas, izmantojot augstas -temperatūras karstās presēšanas vai tiešās vara pārklājuma tehnoloģiju, tādējādi panākot starpmolekulāru saiti, nevis vienkāršu līmes savienojumu. Tas ļauj kompozītmateriāla struktūrai saglabāt izmēru stabilitāti pat ekstremālos temperatūras apstākļos.
Alumīnija oksīda keramika: izmaksu{0}}efektivitātes karalis
Alumīnija oksīds pašlaik ir visplašāk izmantotais keramikas substrāta materiāls, kas satur no 75% līdz 99,5% alumīnija oksīda. Augsta 99,5% tīrības pakāpe nodrošina gludu un blīvu virsmu ar ārkārtīgi zemiem dielektriskiem zudumiem, padarot to piemērotu augstas-frekvences ķēdēm.
Alumīnija oksīda siltumvadītspēja ir aptuveni 24 līdz 28 W/(m·K), kas ir ievērojami augstāka nekā FR-4 0,3 W/(m·K). Tomēr tas joprojām neatbilst īpaši lieljaudas lietojumiem. Tas lepojas ar bagātīgu izejvielu daudzumu, augstu mehānisko izturību un izcilu ķīmisko stabilitāti, padarot to par izcilu piemēru produktam, kas līdzsvaro veiktspēju un izmaksas, tādējādi saglabājot dominējošo stāvokli mikroelektronikas un jaudas moduļu jomā.
Alumīnija nitrīda augstā siltumvadītspēja ir labi{0}}pieskaņota silīcija plāksnēm. Alumīnija nitrīda keramikas parādīšanās ir atrisinājusi alumīnija oksīda nepietiekamas siltumvadītspējas problēmu, panākot siltumvadītspēju, kas pārsniedz 170 W/(m·K), kas ir septiņas reizes lielāka nekā alumīnija oksīdam un pat pārspēj metāliskā alumīnija siltumvadītspēju.
Vēl svarīgāk ir tas, ka alumīnija nitrīda termiskās izplešanās koeficients ir ļoti tuvs pusvadītāju silīcija plātņu koeficientam. Ja lielas -jaudas mikroshēmas tiek uzstādītas tieši uz pamatnes, līdzīgs izplešanās koeficients efektīvi novērš termiskās cikliskuma radīto bīdes spriegumu, tādējādi novēršot skaidu plaisāšanu vai lodēšanas savienojumu nogurumu. Tās ražošanas procesā ir ārkārtīgi augstas prasības skābekļa satura kontrolei; jo zemāki skābekļa piemaisījumi, jo spēcīgāka ir siltumvadītspēja.
Berilija oksīda augstas siltumvadītspējas un toksicitātes ierobežojumi
Berilija oksīda keramikai ir izcila siltumvadītspēja, pat pārsniedzot alumīnija nitrīda siltumvadītspēju, istabas temperatūrā sasniedzot vairāk nekā 250 W/(m·K). Kādreiz tas bija vēlamais materiāls laukos ar ārkārtīgi stingrām siltuma izkliedes prasībām.
Tomēr berilija oksīda pulveris ir toksisks. Ražošanas un pārstrādes laikā radušos putekļu ieelpošana var izraisīt nopietnas plaušu slimības. Tāpat, ja iznīcināšanas laikā radušies putekļi tiek ieelpoti, tie var izraisīt arī nopietnas plaušu slimības. Šis liktenīgais trūkums nopietni ierobežo tā attīstību. Pašlaik to izmanto tikai dažās specializētās militārās jomās ar visaptverošiem aizsardzības pasākumiem, kā arī ļoti nedaudzās specializētās aviācijas un kosmosa jomās ar visaptverošiem aizsardzības pasākumiem. Civilais tirgus lielā mērā ir aizstāts ar alumīnija nitrīdu.
Keramikas PCB galvenās priekšrocības
Acīmredzamākā keramikas substrātu priekšrocība ir to lielā strāvas noturība{0}}. Eksperimentālie dati liecina, ka tad, kad 100A strāva nepārtraukti plūst caur 1 mm biezu 0,3 mm vara substrātu, temperatūras paaugstināšanās ir tikai aptuveni 17 grādi. Ja vara biezums tiek palielināts līdz 2 mm, temperatūras paaugstināšanos var kontrolēt 5 grādu robežās.
Turklāt tam ir lieliskas izolācijas īpašības, kas spēj izturēt augstu spriegumu. Šis īpašums nodrošina aprīkojuma un personāla drošību. Tā kā tai nav nepieciešamas organiskās līmvielas, tā darbība ir ārkārtīgi stabila augstā-temperatūras un augsta mitruma{3}}vidē. Turklāt vara folijas saķere ir ļoti spēcīga un neatdalīsies krasu temperatūras izmaiņu dēļ, padarot tās uzticamību daudz labāku par parastajiem PCB.
Keramikas PCB ražošanas iespējas
Lai gan keramikas pamatnēm ir izcila veiktspēja, to trauslais raksturs ierobežo to izmantošanu lielu{0}}platību dēļu ražošanā, un to cena ir daudz augstāka nekā FR-4. 100 mm sānu alumīnija nitrīda substrāts var maksāt desmitiem reižu vairāk nekā tāda paša izmēra FR-4.
Tāpēc to galvenokārt izmanto augstākās-noteikumos, piemēram, lieljaudas-LED, automašīnu aizdedzes sistēmās, augstas-frekvences komutācijas barošanas avotos, aviācijā un militārajā elektronikā. Izvēloties keramikas substrātu, ir jāizdara izvēle pēc augstākās stabilitātes un uzticamības. Faktiskajā pētniecībā un izstrādē vai mazo{5}}sēriju ražošanā profesionāla un uzticama ražotāja izvēle ir ārkārtīgi svarīga. JEP PCB ir bijis dziļi iesaistīts nozarē daudzus gadus, un tam ir profesionālas keramikas substrāta apstrādes iespējas. No prototipu izstrādes līdz masveida ražošanai, tas var nodrošināt ātru reakciju un stabilu procesu atbalstu, nodrošinot, ka var precīzi sasniegt jūsu augstas veiktspējas dizainu.
Tātad, izstrādājot produktu, par prioritāti piešķirsiet izmaksu kontroli, vai arī izvēlēsities keramikas pamatni, jo temperatūra paaugstinās par 5 grādiem un ir nepārspējama uzticamība un stabilitāte? Jūtieties brīvi kopīgot savus uzskatus komentāru sadaļā, atzīmējiet ar Patīk un kopīgojiet šo rakstu, lai vairāk inženieru varētu redzēt šo-padziļinātu zinātnes popularizēšanu.