Традиционалне ФР-4 плоче од фибергласа имају тенденцију да развију облик „лука“ након поновног лемљења. Ово је неизбежан резултат неравнотеже између топлотног напрезања и физичких својстава материјала. Традиционални ПЦБ-и пате од недостатака лемљења компоненти и неисправности опреме због савијања. Тип ПЦБ-а који користи керамику као подлогу, са својом скоро-савршеном физичком стабилношћу, постаје кључни избор за велике-електронске уређаје велике снаге или високе поузданости.
Зашто се керамичке подлоге не искривљују?
Основни узрок савијања ПЦБ-а лежи у нескладу између коефицијената термичког ширења материјала и ослобађања унутрашњег напрезања. Обичне ФР-4 подлоге се формирају спајањем фиберглас тканине и епоксидне смоле. Смола омекшава када се загреје и скупља када се охлади. Асиметрична бакарна фолија са обе стране додатно погоршава деформацију.
Керамичке подлоге имају потпуно различите карактеристике. Они користе високо{1}}синтероване керамичке зелене плоче као основу, показују веома висок модул еластичности и изузетно низак коефицијент топлотног ширења. Током производње, бакарна фолија се причвршћује на керамичку површину помоћу високо{3}}врућег пресовања или технологије директног бакрења, чиме се постиже интермолекуларно везивање уместо једноставног лепљења. Ово омогућава композитној структури да одржи стабилност димензија чак и под екстремним температурним условима.
Керамика од глинице: Краљ исплативости{0}}
Глиница је тренутно најраспрострањенији материјал за керамичку подлогу, који садржи између 75% и 99,5% глинице. Висока чистоћа од 99,5% резултира глатком и густом површином са изузетно ниским диелектричним губицима, што га чини погодним за -кола високе фреквенције.
Топлотна проводљивост глинице је приближно 24 до 28 В/(м·К), знатно већа од ФР-4 од 0,3 В/(м·К). Међутим, и даље недостаје у апликацијама ултра велике снаге. Може се похвалити обиљем сировина, високом механичком чврстоћом и одличном хемијском стабилношћу, што га чини врхунским примером производа који балансира перформансе и цену, чиме држи доминантну позицију у области микроелектронике и енергетских модула.
Висока топлотна проводљивост алуминијум нитрида се добро-поклапа са силицијумским плочицама. Појава алуминијум нитридне керамике решила је проблем недовољне топлотне проводљивости у глиници, постижући топлотну проводљивост већу од 170 В/(м·К), седам пута већу од глинице и чак надмашујући ону металног алуминијума.
Што је још важније, коефицијент термичког ширења алуминијум нитрида је изузетно близак коефицијенту термичког ширења полупроводничких силицијумских плочица. Када се чипови-велике снаге монтирају директно на подлогу, сличан коефицијент експанзије ефикасно избегава смичуће напрезање изазвано термичким циклусом, чиме се спречава пуцање струготина или замор споја лемљења. Његов производни процес има изузетно високе захтеве за контролу садржаја кисеоника; што је мање нечистоћа кисеоника, то је јача топлотна проводљивост.
Висока топлотна проводљивост и ограничења токсичности берилијум оксида
Керамика од берилијум оксида показује изузетну топлотну проводљивост, чак и надмашујућу ону од алуминијум нитрида, достижући преко 250 В/(м·К) на собној температури. Некада је био пожељан материјал на пољима са изузетно строгим захтевима за расипање топлоте.
Међутим, прах берилијум оксида је токсичан. Ако се прашина настала током производње и прераде удахне, може изазвати озбиљне болести плућа. Слично томе, ако се прашина настала током одлагања удахне, она такође може изазвати озбиљне болести плућа. Ова фатална мана озбиљно ограничава његов развој. Тренутно се користи само у малом броју специјализованих војних области са свеобухватним заштитним мерама, а такође иу врло малом броју специјализованих области ваздухопловства са свеобухватним заштитним мерама. Цивилно тржиште је у великој мери замењено алуминијумским нитридом.
Основне предности керамичких ПЦБ-а
Најочигледнија предност керамичких подлога је њихов јак струјни-капацитет. Експериментални подаци показују да када струја од 100 А континуирано тече кроз бакарну подлогу дебљине 1 мм и 0,3 мм, пораст температуре је само око 17 степени. Ако се дебљина бакра повећа на 2 мм, пораст температуре се може контролисати на 5 степени.
Поред тога, има одличне изолационе особине које могу издржати висок напон. Ово својство обезбеђује сигурност опреме и особља. Пошто не захтева органске лепкове, његове перформансе су изузетно стабилне у окружењима са високим-температурама и високом{3}}влажношћу. Штавише, адхезија бакарне фолије је веома јака и неће се одвојити услед драстичних промена температуре, што њену поузданост чини далеко супериорнијом од обичних ПЦБ-а.
Опције за производњу керамичких штампаних плоча
Иако керамичке подлоге показују супериорне перформансе, њихова крхка природа ограничава њихову употребу у производњи великих{0}} плоча, а њихова цена је много виша од ФР-4. Подлога од алуминијум нитрида са стране од 100 мм може коштати десетине пута више од ФР-4 исте величине.
Због тога се углавном користи у врхунским-апликацијама као што су велике-ЛЕД диоде велике снаге, системи за паљење у аутомобилима, високо-искључци за напајање, ваздухопловство и војна електроника. Одабир керамичке подлоге значи избор крајње стабилности и поузданости. У стварном истраживању и развоју или малој{5}}серијској производњи, одабир професионалног и поузданог произвођача је изузетно важан. ЈЕП ПЦБ је дубоко укључен у индустрију дуги низ година, поседујући професионалне могућности обраде керамичких подлога. Од израде прототипа до масовне производње, може да обезбеди брз одговор и стабилну подршку процеса, обезбеђујући да се ваш дизајн високих{8}}учинака може тачно постићи.
Дакле, у дизајну вашег производа, да ли ћете дати приоритет контроли трошкова или ћете изабрати керамичку подлогу због њеног пораста температуре од 5 степени и неупоредиве поузданости и стабилности? Слободно поделите своје ставове у одељку за коментаре, лајкујте и поделите овај чланак како би више инжењера видело ово у-дубокој популаризацији науке.