لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية (PCB) هي لوحات دوائر كهربائية تستخدم مواد خزفية كركائز. وهي مصنوعة من مساحيق خزفية (مثل أكسيد الألومنيوم أو نيتريد الألومنيوم أو أكسيد البريليوم) مقترنة بمواد رابطة عضوية.تتراوح موصلية الحرارة فيها عادةً بين 9-20 وات/م·كلفن، مما يجعلها ممتازة لإدارة الحرارة. كما أنها تتميز بمعامل تمدد حراري منخفض (CTE) وخصائص كهربائية مستقرة. يتم تصنيعها باستخدام تقنيات مثل التمعدن المنشط بالليزر (LAM)، مما يجعلها مثالية للأجهزة الإلكترونية التي تعمل في بيئات عالية الطاقة وعالية التردد ودرجات الحرارة المرتفعة.
أنواع مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخزفية
استنادًا إلى أنظمة المواد وعمليات التصنيع، يتم تصنيف مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخزفية بشكل أساسي إلى الأنواع التالية:
1. HTCC (سيراميك عالي الحرارة مشترك الحرق)
- المواد: السيراميك القائم على الألومينا مع معاجين التنجستن/الموليبدينوم المعدنية.
- العملية: الحرق المشترك في جو هيدروجيني عند درجة حرارة 1600-1700 درجة مئوية لمدة تصل إلى 48 ساعة.
- الميزاتقوة ودقة هيكلية عالية، ومناسبة للتطبيقات الفضائية والعسكرية عالية الموثوقية.
2.LTCC (سيراميك منخفض الحرارة يعمل بالحرق المشترك)
- الموادزجاج كريستالي + مواد مركبة من السيراميك مع معاجين من الذهب.
- العملية: التلبيد عند حوالي 900 درجة مئوية، يليه التصفيح والتشكيل.
- الميزاتقدرة تحمل انكماش منخفضة وقوة ميكانيكية عالية، وتستخدم على نطاق واسع في وحدات الترددات اللاسلكية وأجهزة الاستشعار.
3.ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخزفي السميك
- العملية: طباعة معمارية لمعاجين الفضة/الذهب والبلاديوم على ركائز خزفية، تليها عملية تلبيد بدرجة حرارة عالية (≤1000 درجة مئوية).
- الميزات: سمك طبقة الموصل 10-13 ميكرومتر، يدعم تكامل المكونات السلبية مثل المقاومات والمكثفات، ومناسب لتصميمات الدوائر المعقدة.
4.ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخزفي الرقيق
- العمليةتشكيل دارات معدنية على مستوى الميكرون من خلال الترسيب بالتفريغ أو الرش بالرش.
- الميزاتدقة دارة عالية، مثالية لدوائر الموجات الدقيقة عالية التردد.
5.DBC/DPC (نحاس مترابط مباشرة/ركيزة سيراميك نحاسية مطلية مباشرة)
- العمليةالربط المباشر لرقائق النحاس على أسطح السيراميك في درجات حرارة عالية (DBC) أو تشكيل الدوائر عبر الطلاء الكهربائي (DPC).
- الميزاتموصلية حرارية ممتازة وقدرة ممتازة على حمل التيار، مما يجعلها الخيار المفضل لأشباه موصلات الطاقة (مثل IGBTs) وإضاءة LED.
مزايا مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخزفية
- موصلية حرارية عالية:
الموصلية الحرارية أعلى بكثير من الركائز التقليدية FR-4 (على سبيل المثال، يمكن أن يصل نيتريد الألومنيوم إلى 170-230 وات/م·كلفن)، مما يعالج بشكل فعال تبديد الحرارة في الأجهزة عالية الطاقة.
- أداء عالي التردد ممتاز:
فقدان عازل كهربائي منخفض وثابت عازل كهربائي مستقر، ومناسب لاتصالات الجيل الخامس والترددات اللاسلكية والموجات الدقيقة.
- الاستقرار في درجات الحرارة العالية:
يمكن تشغيلها في بيئات تزيد درجة حرارتها عن 350 درجة مئوية، مما يجعلها مثالية للإلكترونيات الخاصة بالسيارات والفضاء الجوي والتطبيقات الأخرى التي تتطلب درجات حرارة عالية.
- المتانة الميكانيكية والكيميائية:
قوة ميكانيكية عالية، ومقاومة للاهتزاز والتآكل والتآكل الكيميائي.
- ثبات الأبعاد وانخفاض CTE:
يقترب معامل التمدد الحراري من معامل تمدد رقائق السيليكون، مما يقلل من أعطال التوصيلات الناتجة عن الإجهاد الحراري.
- قدرة تكامل عالية الكثافة:
يدعم عرض الخطوط الدقيقة والميكروفيات الدقيقة والتكديس متعدد الطبقات، وهو مناسب للتصميمات المصغرة.
عملية تصنيع مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخزفية
- التصميم والتخطيط:
تصميم الدوائر باستخدام برنامج CAD، وتحسين الإدارة الحرارية وسلامة الإشارة.
- تحضير الركيزة:
يتم قطع وتلميع الركائز الخزفية (Al₂O₃، AlN، SiC، إلخ) للحصول على الأبعاد المطلوبة.
- ترسيب الطبقة الموصلة:
يتم تطبيق معجون موصل من الفضة/الذهب والبلاديوم الموصّل عن طريق طباعة الشاشة أو تقنية نفث الحبر.
- عن طريق الحفر والحشو:
الحفر بالليزر أو الحفر الميكانيكي، مع مواد موصلة تملأ الفراغات للتوصيلات البينية.
- الحرق المشترك والتلبيد:
- HTCC: يتم تلبيده في بيئة هيدروجينية عند درجة حرارة 1600-1700 درجة مئوية.
- LTCC: التلبيد عند درجة حرارة منخفضة تبلغ حوالي 900 درجة مئوية.
تتطلب الدارات متعددة الطبقات تكديسها قبل الحرق المشترك.
- تجميع المكونات واختبارها:
يتم لحام مكونات SMD، تليها اختبارات كهربائية وبيئية وموثوقية.
- الطلاء الواقي والتغليف الواقي:
يتم تطبيق طبقات الحماية لتعزيز المقاومة البيئية، يليها الاختبار الوظيفي النهائي والتعبئة والتغليف.
متى تختار مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخزفية؟
مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخزفية مناسبة للسيناريوهات التالية:
- الأجهزة عالية الطاقة: مثل وحدات IGBT، وأنظمة إدارة الطاقة، ومصابيح LED للسيارات.
- التطبيقات عالية الترددالمحطات القاعدية للجيل الخامس، وأنظمة الرادار، والاتصالات الساتلية.
- البيئات ذات درجات الحرارة العاليةأدوات التحكم في محركات الطيران، وإلكترونيات السيارات.
- متطلبات الموثوقية العاليةالأجهزة الطبية (مثل أدوات الجراحة بالليزر)، والمعدات العسكرية.
- البيئات المسببة للتآكل الكيميائي: التنقيب عن النفط، الأتمتة الصناعية
الاعتبارات:
- تُعد مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخزفية باهظة الثمن نسبيًا، مما يجعلها مناسبة للاحتياجات عالية الأداء بدلاً من المنتجات الاستهلاكية.
- يجب أن تراعي التصميمات هشاشة المواد لتجنب تركز الإجهاد الميكانيكي.
- تتطلب العمليات المعقدة للغاية التعاون مع الموردين ذوي الخبرة الفنية الناضجة.
مجالات التطبيق
| الحقل | أمثلة على التطبيقات |
|---|
| الفضاء الجوي | أنظمة التحكم في القذائف، ووحدات الإرسال والاستقبال الرادارية، ومعدات الاتصالات عبر الأقمار الصناعية. |
| إلكترونيات السيارات | وحدات طاقة السيارات الكهربائية، ومصابيح LED للسيارات، وأجهزة الاستشعار. |
| 5G والاتصالات | وحدات الترددات اللاسلكية عالية التردد، ومصفوفات الهوائيات، ومضخمات طاقة المحطة الأساسية. |
| الأجهزة الطبية | المعدات الطبية بالليزر وأجهزة الأشعة السينية والأدوات الجراحية عالية التردد. |
| الإلكترونيات الصناعية | إمدادات الطاقة العالية، وأجهزة الليزر الصناعية، ومعدات التنقيب عن النفط. |
| الجيش والدفاع | أنظمة الرادار، وتوجيه الصواريخ، والمعدات الإلكترونية المقاومة للإشعاع. |