PCB Substrat Keramik:Panduan Komprehensif

Secara umum, ada revolusi teknologi yang mengakibatkan membuang CEM-3 dan FR-4 tradisional karena konduktivitas termal yang buruk. Sebagai gantinya, kami telah melihat permintaan pasar untuk papan sirkuit yang sangat terintegrasi dengan sistem disipasi suara (tahan panas tinggi di lingkungan luar). Postingan hari ini memberikan ikhtisar singkat tentang PCB Substrat Keramik.

Apa itu Substrat Keramik?

Substrat keramik adalah PCB proses unik dengan konduktivitas termal 9-20W/m.k yang dibuat pada suhu tinggi di bawah 250 °C. Pabrikan menyiapkan substrat dengan mengikat langsung foil tembaga ke aluminium nitrida (AIN) atau alumina (Al₂ O₃ ) permukaan.

Performa listrik dan termalnya membuatnya lebih baik daripada kebanyakan PCB inti logam di industri PCB.

Pelapisan tembaga pada aluminium

Keuntungan PCB Substrat Keramik

PCB substrat keramik memiliki beberapa keunggulan sehingga ideal untuk berbagai produk seperti;

Keuntungan materi

• Karena lapisan tembaga tidak memiliki formasi lapisan oksida, Anda dapat menggunakannya secara tahan lama di atmosfer yang tereduksi.
• Kedua, ia memiliki ketahanan erosi kimia yang kuat dan paket serbaguna/hermetis yang mencegah penyerapan air.
• Ketiga, ia memiliki keandalan yang tinggi di luar angkasa, tahan terhadap sinar kosmik, dan tidak memiliki bahan organik.
• Kemudian, Anda dapat mencapai perakitan kepadatan tinggi dengan ketahanan termal rendah.
• Juga, ia memiliki kehilangan frekuensi tinggi yang rendah dan kinerja insulasi listrik yang baik, sehingga mampu menahan lingkungan eksternal yang keras.
• Selain menggunakan suhu tinggi selama penyolderannya, substrat keramik memiliki kemampuan penyolderan yang baik.
• Selain itu, Anda dapat mengoperasikannya dengan aman pada suhu hingga 350 °C.
• Ini adalah film logam resistansi listrik yang lebih rendah dan lebih kuat (alumina ceramic PCB).
• Selain itu, papan sirkuit keramik hemat biaya dan ideal untuk aplikasi tugas berat.
• Terakhir, ia memiliki koefisien ekspansi termal yang lebih cocok dan konduktivitas termal yang lebih tinggi.

Keunggulan teknis

Teknologi LAM dan DPC secara bertahap menggantikan papan tradisional seperti teknologi DBC dan LTCC karena berbagai alasan.

• Misalnya, teknologi pengeboran laser memberikan nilai aplikasi yang luar biasa karena akurat, cepat, dan efisien.
• Kemudian, ada sifat listrik yang baik dan kekuatan ikatan yang tinggi antara lapisan sirkuit keramik dan logam.
• Ada juga koneksi melalui lubang yang memberi pelanggan solusi produk yang disesuaikan.

Pelapisan lubang pada papan sirkuit elektronik

Apa saja Jenis Substrat Keramik?

Sesuai dengan materi

 Al ₂ O ₃

Substrat pertama kami sejauh ini adalah yang paling umum digunakan dalam industri elektronik. Alasan di balik popularitasnya adalah sifat listrik, termal, dan mekaniknya yang membuatnya stabil secara kimia dan memiliki kekuatan tinggi dibandingkan dengan keramik oksida lainnya. Al₂ O₃ juga kaya akan bahan mentah.

Struktur aluminium oksida

Aplikasi; Produk keramik sangat ideal untuk pembuatan beberapa bentuk yang berbeda.

AlN (papan keramik Aluminium Nitrida)

Papan sirkuit cetak berbasis keramik AlN memiliki dua fitur penting yang perlu diketahui;

• Koefisien ekspansi yang cocok dengan Si.
• Konduktivitas termal yang tinggi.

Namun, ia memiliki kelemahan seperti lebih mahal dari Al₂ O₃ dan bahkan lapisan permukaan oksida tipis yang mempengaruhi konduktivitas termalnya. Untungnya, Anda dapat mengontrol proses dan bahan saat membuat substrat AlN untuk mendapatkan produk dengan konsistensi yang baik. Juga, kemajuan teknologi mungkin akan segera mempertimbangkan harga papan Aluminium nitrida.

Aplikasi; Substrat untuk bahan elektronik (paket) dan heat sink untuk mentransfer panas dari hot spot.

 BeO

Dibandingkan dengan aluminium logam, BeO memiliki konduktivitas termal yang lebih tinggi dan cocok untuk aplikasi yang membutuhkan konduktivitas termal tinggi.

Juga, ingat bahwa kadang-kadang beracun dan, oleh karena itu, tidak umum dikembangkan.

Kesimpulan; Keramik alumina, seperti yang telah kita lihat, memiliki sifat dan kinerja komprehensif yang unggul yang masih membuatnya dominan di berbagai bidang. Misalnya, Anda akan menemukannya di modul daya, mikroelektronika hibrid, dan elektronika daya.

Mereka memberikan kekuatan mekanik yang tinggi, stabilitas kimia, sifat dielektrik yang baik, dan sifat termal.

Sesuai dengan proses pembuatannya

Mikroelektronik keramik co-fired

Sirkuit PCB Keramik Bersuhu Tinggi/Sirkuit Keramik Multilayer Co-Fired Suhu Tinggi (HTCC)

Jenis PCB ini dapat menahan suhu tinggi (di atas 1300 Derajat Celcius). Proses manufaktur yang unik melibatkan pembuatan keramik baru dengan menggabungkan pelumas, aluminium oksida, perekat, plasticizer, dan pelarut.

Setelah itu, produsen melapisi keramik baru dan menerapkan pelacakan pola sirkuit pada logam mulia tungsten, mangan, atau molibdenum. Mereka memanggang papan sirkuit selama sekitar 48 jam pada suhu mulai dari 1300 hingga 1700 °C setelah laminasi dalam lingkungan gas dengan gas hidrogen.

Namun, karena suhu pembakaran bersama yang tinggi, ia kekurangan banyak bahan konduktor logam.

Sirkuit PCB Keramik Suhu Rendah/Sirkuit Co-Fired Ceramic (LTCC) Suhu Rendah 

Produsen menggunakan bahan kaca kristal dan zat perekat (pengikat organik) untuk membuat PCB keramik suhu rendah. Mereka menerapkan kedua bahan tersebut ke lembaran logam yang memiliki pasta emas. Kemudian, mereka memotong dan melaminasi papan sebelum menempatkan PCB dalam oven gas pada 900 ° C.

Keuntungan

• Memiliki lebih sedikit lengkungan dan menyusut lebih baik daripada HTCC.
• Selain itu, ia memiliki intensitas mekanik dan konduktivitas termal yang lebih tinggi daripada jenis substrat lainnya.

Aplikasi; Produk bebas panas seperti lampu LED.

PCB Keramik Film Tebal

Dalam proses film tebal, produsen melapisi emas dan pasta dielektrik pada bahan dasar keramik. Kemudian, mereka memanggang bahan pada 1000 °C atau suhu operasi yang lebih rendah. Mereka lebih memilih keramik film tebal karena kemampuannya untuk mencegah oksidasi tembaga.

Dengan demikian, produsen dapat menggunakan komponen elektronik seperti resistor, kapasitor listrik, konduktor, semikonduktor, dan konduktor yang dapat dipertukarkan pada papan keramik.

Teknologi film tebal

Seringkali, ini adalah pilihan yang lebih disukai ketika khawatir tentang oksidasi. Juga, lapisan konduktif papan PCB keramik film tebal tidak boleh lebih tebal dari 13 mikron.

• DBC (Tembaga Berikat Langsung)

Teknologi ini menggunakan larutan tembaga eutektik yang mengandung oksigen untuk menempatkan tembaga logam pada papan sirkuit keramik secara langsung. Seringkali, prinsip dasarnya melibatkan pengenalan jumlah O₂ . yang diperlukan antara keramik dan tembaga selama atau setelah proses pengendapan. Kedua bahan tersebut membentuk cairan eutektik Cu-O dalam rentang termal antara 1065 hingga 1083°C.

• DPC (Direct Plate Copper)/ Substrat berlapis tembaga

Pilihan material keramik sering mengalami proses di bawah ini;

Pabrikan mulai dengan pra-pemrosesan dan pembersihan substrat keramik. Kemudian, mereka menggunakan teknologi pembuatan film profesional-metode pelapisan vakum untuk menggerutu dan mengikat lapisan komposit logam tembaga ke substrat.

Selanjutnya, fotoresistor dengan litografi cahaya kuning mengalami re-exposure, development, dan etching. Akhirnya, proses penghilangan film menjadi lengkap, dan sekarang pabrikan meningkatkan ketebalan sirkuit dengan deposisi pelapisan elektro/elektroplating.

Menghapus photoresist melengkapi sirkuit metalisasi.

• LAM (Metalisasi Aktivasi Laser)

Teknologi laser cepat mengionisasi meta dan keramik menggunakan sinar laser berenergi tinggi. Setelah itu, kedua komponen tersebut dapat tumbuh bersama, meningkatkan kekencangannya selama proses metalisasi.

Aplikasi PCB Keramik

Karena fitur-fiturnya seperti konduktivitas termal yang tinggi, konstanta dielektrik yang rendah, dll., PCB keramik ada dalam aplikasi yang tercantum di bawah ini;

• Jalan, cahaya terang tinggi,
• Peralatan proses semikonduktor, 
• Perangkat telekomunikasi,
• Sensor,

(berbagai jenis sensor)

• Sel surya,
• Sistem lampu otomotif,
• LED,

(bohlam LED)

• PCB Digital dan Analog,
• Modul Transmisi/Penerimaan,
• Array panel surya,
• Relai keadaan padat (SSR),
• Osilator jam akurasi tinggi, OCXO, TCXO, VCXO,
• Sirkuit daya tinggi,
• Modul chip-on-board, dan 
• Modul memori.

PCB Keramik VS FR4

Kami sekarang akan membandingkan bahan multilayer keramik dan papan FR4 berdasarkan beberapa kriteria di bawah ini.

Kesimpulan

Kesimpulannya, papan sirkuit keramik efisien di beberapa industri, seperti industri elektronik tergantung pada kebutuhan dan desain manufaktur Anda. Mereka juga menyediakan fitur berkualitas seperti efisiensi termal, konduktivitas listrik yang baik, dan kekuatan mekanik.

Silakan hubungi kami jika Anda ingin tahu lebih banyak tentang bahan substrat keramik.