PCB Substrat Keramik: Wawasan Ahli dan Praktik Terbaik Desain

Secara umum, ada revolusi teknologi yang mengakibatkan pengabaian CEM-3 dan FR-4 tradisional karena konduktivitas termal yang buruk. Sebaliknya, kita telah melihat permintaan pasar untuk papan sirkuit terintegrasi tinggi dengan sistem dissipasi panas yang baik (ketahanan panas tinggi di lingkungan luar ruangan). Postingan hari ini memberikan gambaran singkat tentang PCB Substrat Keramik.

Apa itu Substrat Keramik?

Substrat keramik adalah proses PCB unik dengan konduktivitas termal 9-20 W/m.k yang dibuat pada suhu tinggi di bawah 250°C. Produsen mempersiapkan substrat dengan secara langsung melekatkan folii tembaga ke permukaan aluminium nitride (AlN) atau alumina (Al₂O₃).

Kinerja listrik dan termalnya membuatnya lebih baik daripada sebagian besar PCB inti logam di industri PCB.

Pelapisan tembaga pada aluminium

Keuntungan PCB Substrat Keramik

PCB substrat keramik memiliki beberapa keuntungan yang membuatnya ideal untuk berbagai produk seperti;

Keuntungan bahan

• Karena lapisan tembaga tidak memiliki pembentukan lapisan oksida, Anda dapat menggunakannya secara tahan lama dalam atmosfer reduktif.
• Kedua, ia memiliki resistensi erosi kimia yang kuat dan paket hermetis yang serbaguna yang mencegah penyerapan air.
• Ketiga, ia memiliki keandalan tinggi di penerbangan angkasa, tahan terhadap sinar kosmik, dan tidak memiliki bahan organik.
• Lalu, Anda dapat mencapai assemblei padat dengan resistensi termal rendah.
• Juga, ia memiliki kehilangan frekuensi tinggi yang rendah dan kinerja isolasi listrik yang baik, sehingga mampu menahan lingkungan eksternal yang ekstrem.
• Selain menggunakan suhu tinggi selama pengelasan, substrat keramik memiliki kemudahan pengelasan yang baik.
• Selain itu, Anda dapat mengoperasikannya dengan aman pada suhu hingga 350°C.
• Ini adalah film logam dengan resistensi listrik yang lebih rendah dan lebih kuat (PCB keramik alumina).
• Selanjutnya, papan sirkuit keramik hemat biaya dan ideal untuk aplikasi beban berat.
• Terakhir, ia memiliki koefisien ekspansi termal yang lebih cocok dan konduktivitas termal yang lebih tinggi.

Keuntungan teknis

Teknologi LAM dan DPC secara bertahap menggantikan papan tradisional seperti DBC dan LTCC untuk banyak alasan. 

• Misalnya, teknologi bor laser memberikan nilai aplikasi yang besar karena akurat, cepat, dan efisien.
• Lalu, ada properti listrik yang baik dan kekuatan perekat yang tinggi antara lapisan sirkuit logam dan keramik.
• Ada juga koneksi lubang melalui yang memberikan solusi produk kustom untuk pelanggan.

Pelapisan lubang melalui pada papan sirkuit elektronik

Apa itu Jenis Substrat Keramik?

Menurut bahan

Al₂O₃

Substrat pertama kami adalah yang paling banyak digunakan di industri elektronik. Alasan di balik popularitasnya adalah properti listrik, termal, dan mekanisnya yang membuatnya kimiawi stabil dan kuat dibandingkan dengan keramik oksida lain. Al₂O₃ juga kaya akan bahan baku.

Struktur aluminium oksida

Aplikasi; Produk keramik ideal untuk pembuatan berbagai bentuk. 

AlN (Papan keramik aluminium nitride)

Papan sirkuit cetak berbasis AlN keramik memiliki dua fitur utama yang layak diketahui;

• Kesesuaian koefisien ekspansi dengan Si.
• Konduktivitas termal tinggi. 

Namun, ia memiliki kelemahan seperti lebih mahal dari Al₂O₃ dan bahkan lapisan oksida tipis yang mempengaruhi konduktivitas termalnya. Untungnya, Anda dapat mengontrol proses dan bahan saat memproduksi substrat AlN untuk mendapatkan produk dengan konsistensi yang baik. Juga, kemajuan teknologi mungkin segera mempertimbangkan harga papan aluminium nitride.

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

BeO

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

Juga, ingatlah bahwa terkadang beracun dan, oleh karena itu, tidak sering dikembangkan.

Kesimpulan; Keramik alumina, seperti yang kita lihat, memiliki properti dan kinerja komprehensif yang unggul yang masih membuatnya dominant di berbagai bidang. Misalnya, Anda akan menemukannya dalam modul daya, mikroelektronika hibrida, dan elektronika daya. 

Mereka memberikan kekuatan mekanis tinggi, stabilitas kimia, properti dielektrik yang baik, dan properti termal. 

Menurut proses manufaktur

Keramik mikroelektronik co-fired 

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

Tipe PCB ini dapat menahan suhu tinggi (di atas 1300 derajat Celsius). Proses manufaktur unik melibatkan pembuatan keramik baru dengan menggabungkan pelumas, oksida aluminium, perekat, plastisizer, dan pelarut. 

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

Namun, karena suhu co-firing yang tinggi, ia tidak memiliki banyak bahan konduktor logam.  

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

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

Keuntungan 

• Ia memiliki kerucutan yang lebih baik dan penyusutan lebih baik daripada HTCC.
• Selain itu, ia memiliki intensitas mekanis yang lebih tinggi dan konduktivitas termal daripada tipe substrat lainnya.

Aplikasi; Produk bebas panas seperti lampu LED. 

PCB Keramik Thick Film

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

Jadi, produsen dapat menggunakan komponen elektronik seperti resistor, kapasitor listrik, konduktor, semiconductor, dan konduktor yang dapat ditukar pada papan keramik.

Teknologi thick film

Seringkali, ini adalah pilihan yang diutamakan ketika khawatir tentang oksidasi. Juga, lapisan konduktor thick film keramik PCB tidak boleh lebih tebal dari 13 mikron. 

• DBC (Direct Bonded Copper)

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

• DPC (Direct Plate Copper)/ Substrat dilapisi tembaga 

Opsi bahan keramik sering kali melalui proses di bawah ini;

Produsen memulai dengan prasampol dan pembersihan substrat keramik. Lalu, mereka menggunakan teknologi pembuatan film profesional-metode pelapisan vakum untuk menyemburkan dan melekatkan lapisan komposit logam tembaga pada substrat. 

Selanjutnya, photoresist dengan litografi cahaya kuning melalui re-exposure, development, dan etching. Akhirnya, proses penghapusan film selesai, dan sekarang produsen meningkatkan ketebalan sirkuit dengan penyetoran plating electroless/electroplating. 

Menghapus photoresist menyelesaikan sirkuit metalisasi. 

• LAM (Laser Activation Metallization)

Teknologi laser cepat mengionisasi logam dan keramik menggunakan sinar laser berenergi tinggi. Setelah itu, ia membiarkan kedua komponen tumbuh bersama, meningkatkan ketangguhan mereka selama proses metalisasi.

Aplikasi PCB Keramik

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

• Lampu jalan, lampu cerah,
• Peralatan proses semiconductor,
• Perangkat telekom,
• Sensor,

(berbagai jenis sensor)

• Sel surya,
• Sistem lampu otomotif,
• LEDs,

(bolb LED)

• PCB Digital dan Analog,
• Modul Transmisi/Penerimaan,
• Array panel surya,
• Relay keadaan padat (SSR),
• Osilator jam akurasi tinggi, OCXOs, TCXOs, VCXOs,
• Sirkuit daya tinggi,
• Modul chip-on-board, dan
• Modul memori.

PCB Keramik VS FR4

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

Kesimpulan

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

Silakan hubungi kami jika Anda ingin mengetahui lebih lanjut tentang bahan substrat keramik.