Seramik PCB'ler (baskılı devre kartları), alt tabaka olarak seramik malzemeler kullanan devre kartlarıdır. Seramik tozları (alüminyum oksit, alüminyum nitrür veya berilyum oksit gibi) ile organik bağlayıcıların birleştirilmesiyle üretilirler.Isıl iletkenlikleri genellikle 9-20 W/m·K arasında değişir, bu da onları ısı yönetiminde mükemmel kılar. Ayrıca düşük termal genleşme katsayısına (CTE) ve kararlı elektriksel özelliklere sahiptirler. Lazerle Aktive Edilen Metalizasyon (LAM) gibi teknikler kullanılarak üretilirler, bu da onları yüksek güç, yüksek frekans ve yüksek sıcaklık ortamlarında çalışan elektronik cihazlar için mükemmel kılar.
Seramik PCB Türleri
Malzeme sistemlerine ve üretim süreçlerine dayalı olarak, seramik PCB'ler öncelikle aşağıdaki türlere ayrılır:
1. HTCC (Yüksek Sıcaklıkta Birlikte Ateşlenen Seramik)
- Malzemeler: Tungsten/molibden metal macunlu alümina bazlı seramikler.
- Süreç: 1600–1700°C'de hidrojenatmosferinde 48 saate kadar birlikte ateşleme.
- ÖzelliklerYüksek yapısal mukavemet ve hassasiyet, yüksek güvenilirlikli havacılık ve askeri uygulamalar için uygundur.
2.LTCC (Düşük Sıcaklıkta Birlikte Ateşlenen Seramik)
- MalzemelerAltın bazlı macunlar ile kristal cam + seramik kompozit malzemeler.
- Süreç: Yaklaşık 900°C'de sinterleme, ardından laminasyon ve şekillendirme.
- ÖzelliklerRF modüllerinde ve sensörlerde yaygın olarak kullanılan düşük büzülme toleransı ve yüksek mekanik mukavemet.
3.Kalın Film Seramik PCB
- Süreç: Seramik alt tabakalara gümüş/altın-paladyum macunlarının serigrafi baskısı, ardından yüksek sıcaklıkta sinterleme (≤1000°C).
- Özellikler: 10–13 μm iletken tabaka kalınlığı, dirençler ve kapasitörler gibi pasif bileşenlerin entegrasyonunu destekler, karmaşık devre tasarımları için uygundur.
4.İnce Film Seramik PCB
- SüreçVakum biriktirme veya püskürtme yoluyla mikron düzeyinde metal devrelerin oluşturulması.
- ÖzelliklerYüksek devre hassasiyeti, yüksek frekanslı mikrodalga devreleri için ideal.
5.DBC/DPC (Doğrudan Bağlanmış Bakır/Doğrudan Kaplanmış Bakır Seramik Yüzey)
- SüreçBakır folyonun yüksek sıcaklıklarda seramik yüzeylere doğrudan yapıştırılması (DBC) veya elektrokaplama yoluyla devre oluşturulması (DPC).
- ÖzelliklerMükemmel termal iletkenlik ve akım taşıma kapasitesi, onları güç yarı iletkenleri (örn. IGBT'ler) ve LED aydınlatma için tercih edilen seçenek haline getirir.
Seramik PCB'lerin Avantajları
- Yüksek Termal İletkenlik:
Isıl iletkenlik, geleneksel FR-4 alt tabakalardan çok daha yüksektir (örneğin, alüminyum nitrür 170-230W/m·K'ye ulaşabilir) ve yüksek güçlü cihazlarda ısı dağılımını etkili bir şekilde sağlar.
- Mükemmel Yüksek Frekans Performansı:
Düşük dielektrik kaybı ve kararlı dielektrik sabiti, 5G, RF ve mikrodalga iletişimi için uygundur.
- Yüksek Sıcaklık Kararlılığı:
350°C'nin üzerindeki ortamlarda çalışabilir, bu da onları otomotiv elektroniği, havacılık ve diğer yüksek sıcaklık uygulamaları için ideal hale getirir.
- Mekanik ve Kimyasal Dayanıklılık:
Yüksek mekanik mukavemet, titreşime, korozyona ve kimyasal erozyona karşı direnç.
- Boyutsal Kararlılık ve Düşük CTE:
Termal genleşme katsayısı silikon çiplerinkine yakındır ve termal stresin neden olduğu bağlantı arızalarını azaltır.
- Yüksek Yoğunluklu Entegrasyon Yeteneği:
Minyatürleştirilmiş tasarımlar için uygun olan ince çizgi genişliklerini, mikroviyaları ve çok katmanlı istiflemeyi destekler.
Seramik PCB'lerin Üretim Süreci
- Tasarım ve Yerleşim:
CAD yazılımı kullanarak devre tasarımı, termal yönetim ve sinyal bütünlüğünü optimize etme.
- Substrat Hazırlama:
Seramik alttabakalar (Al₂O₃, AlN, SiC vb.) istenen boyutlara göre kesilir ve parlatılır.
- İletken Katman Biriktirme:
Gümüş/altın-paladyum iletken macun serigrafi veya inkjet teknolojisi ile uygulanır.
- Delme ve Doldurma Yoluyla:
Lazer veya mekanik delme, katmanlar arası bağlantılar için viaları dolduran iletken malzemeler.
- Birlikte Ateşleme ve Sinterleme:
- HTCC: 1600-1700°C'de hidrojen ortamında sinterlenmiştir.
- LTCC: Yaklaşık 900 °C'de düşük sıcaklıkta sinterleme.
Çok katmanlı devreler, birlikte ateşlemeden önce istifleme gerektirir.
- Bileşen Montajı ve Testi:
SMD bileşenleri lehimlenir, ardından elektrik, çevre ve güvenilirlik testleri yapılır.
- Koruyucu Kaplama ve Ambalajlama:
Çevresel direnci artırmak için koruyucu katmanlar uygulanır, ardından nihai işlevsel test ve paketleme yapılır.
Seramik PCB'ler Ne Zaman Seçilmeli?
Seramik PCB'ler aşağıdaki senaryolar için uygundur:
- Yüksek Güçlü Cihazlar: IGBT modülleri, güç yönetim sistemleri ve LED otomotiv lambaları gibi.
- Yüksek Frekans Uygulamaları5G baz istasyonları, radar sistemleri, uydu iletişimi.
- Yüksek Sıcaklık OrtamlarıHavacılık ve uzay motor kontrolleri, otomotiv elektroniği.
- Yüksek Güvenilirlik GereksinimleriTıbbi cihazlar (örn. lazer cerrahi aletleri), askeri teçhizat.
- Kimyasal Olarak Aşındırıcı Ortamlar: Petrol arama, endüstriyel otomasyon.
Dikkate Alınması Gerekenler:
- Seramik PCB'ler nispeten pahalıdır, bu da onları tüketici sınıfı ürünlerden ziyade yüksek performanslı ihtiyaçlar için uygun hale getirir.
- Tasarımlar, mekanik gerilim yoğunlaşmasını önlemek için malzeme kırılganlığını hesaba katmalıdır.
- Yüksek süreç karmaşıklığı, olgun teknik uzmanlığa sahip tedarikçilerle işbirliğini gerektirir.
Uygulama Alanları
| Saha | Uygulama Örnekleri |
|---|
| Havacılık ve Uzay | Füze kontrol sistemleri, radar alıcı-verici modülleri, uydu iletişim ekipmanları. |
| Otomotiv Elektroniği | Elektrikli araç güç modülleri, LED otomotiv lambaları, sensörler. |
| 5G ve İletişim | Yüksek frekanslı RF modülleri, anten dizileri ve baz istasyonu güç amplifikatörleri. |
| Tıbbi Cihazlar | Lazer tıbbi ekipmanı, X-ray makineleri ve yüksek frekanslı cerrahi aletler. |
| Endüstriyel Elektronik | Yüksek güç kaynakları, endüstriyel lazerler ve petrol arama ekipmanları. |
| Askeri ve Savunma | Radar sistemleri, füze güdüm ve radyasyona dayanıklı elektronik ekipman. |