ซับสเตรตเซรามิกถูกใช้เมื่อลามิเนตเป็นส่วนที่จำกัดงานออกแบบ: โมดูลกำลังที่ต้องระบายความสูญเสียของตัวเอง ไดรเวอร์เลเซอร์หรือ RF ที่สลับเร็วพอจะทำให้แผงร้อน หรือเซนเซอร์ที่ต้องยังเป็นฉนวนหลังรอบความร้อน หลายร้อยรอบ เซรามิกรับทั้งความร้อนและแรงดันที่ FR-4 รับไม่ได้ และ Hitech Circuits ผลิตซับสเตรตเหล่านี้ ที่เซินเจิ้นข้างสายแผงแข็ง เฟลกซ์ และเมทัลคอร์
ทำไมใช้เซรามิกแทน FR-4
- ความร้อน — อะลูมินาอยู่ที่ 20–51 W/m·K และอะลูมิเนียมไนไตรด์ 120–220 W/m·K เทียบกับราว 0.3 W/m·K ของ FR-4 ซับสเตรตจึงกระจายความร้อนได้พอ ๆ กับการพาวงจร
- แรงดัน — ไดอิเล็กทริกเบรกดาวน์ 15, 20 หรือ 28 kV/mm ที่ความหนา 0.25, 0.63 และ 1.0 mm ทำให้ชิ้นงานบางทนแรงดันใช้งานสูงได้
- อุณหภูมิ — ชิ้นงานรับ −55 ถึง 850 °C ไกลเกินอุณหภูมิเปลี่ยนสถานะแก้วของลามิเนตใด ๆ
- การขยายตัว — 7.4 ppm/K ระหว่าง 50 ถึง 200 °C ใกล้เคียงการขยายตัวของซิลิคอนและวัสดุแพ็กเกจ ส่วนใหญ่ ความเค้นที่จุดเชื่อมบนดายขนาดใหญ่จึงต่ำ
- ความเสถียร — เซรามิกดูดความชื้นแทบไม่เลย คุณสมบัติไดอิเล็กทริกจึงคงอยู่ทั้งในโรงงานที่ชื้น และการบัดกรีซ้ำ
กระบวนการและวัสดุ
ซับสเตรต DCB เป็นทางเลือกปกติสำหรับงานกำลัง: ฟอยล์ทองแดงถูกประกบกับเซรามิกที่อุณหภูมิสูงแล้วกัดลาย ทำให้ได้ทองแดงหนาบนรอยต่อที่ยึดแน่น ซับสเตรตฟิล์มบางและฟิล์มหนาใช้เมื่อตัวนำและตัวต้านทานถูกพิมพ์ หรือสะสมเป็นชั้น และเมื่อความคมชัดของลายสำคัญกว่าน้ำหนักทองแดง ตัวนำคือ AgPd หรือ AuPd ขณะที่ DCB ใช้ทองแดงเท่านั้น
อะลูมินาเป็นวัสดุมาตรฐาน มีเกรด 96 % และ 98 % ในสต็อก อะลูมิเนียมไนไตรด์ถูกเลือกเมื่อการนำความร้อน เป็นตัวกำหนดงาน และเบริลเลียมออกไซด์เมื่อต้องการการนำความร้อนสูงสุด ความหนาสต็อกปกติอยู่ระหว่าง 0.25 mm ถึง 2.0 mm ในขนาดถึง 130 × 140 mm ชิ้นที่หนาและใหญ่กว่าผลิตตามสั่ง และแผงอะลูมินาใหญ่สุด ที่ผลิตได้คือ 300 × 300 mm — ตารางขนาดอยู่ในหน้าขีดความสามารถ
เซรามิกเป็นซับสเตรตที่เหมาะกับงานออกแบบนี้หรือไม่
เซรามิกคุ้มราคาก็ต่อเมื่อตัวซับสเตรตเองต้องพาความร้อนผ่านชั้นฉนวนที่บาง
- เมื่อแผงเมทัลคอร์เพียงพอ — ถ้าความสูญเสียระบายสู่ตัวเรือนผ่านลายทองแดงและแถวรูเชื่อมต่อ แผงเมทัลคอร์อะลูมิเนียม ราคาถูกกว่า หาได้ในแผงใหญ่กว่า และรับรูปทรงที่ เซรามิกผ่านการเผาไม่สามารถทำได้
- เมื่อไดอิเล็กทริกเป็นตัวจำกัด — ไดเปลือยที่หุ้มฉนวนหรือโครงข่ายตัวต้านทานแบบพิมพ์จะตัดทั้งลามิเนตและ ชุดเมทัลคอร์ออก เพราะที่นั่นโพลิเมอร์เป็นตัวฉนวน ไม่ใช่ซับสเตรต
- เมื่อการนำความร้อนเป็นตัวกำหนดเกรด — อะลูมินาเป็นมาตรฐาน เพราะเผาถูกที่สุดและรับตัวนำทั้งฟิล์มบางและ ฟิล์มหนา อะลูมิเนียมไนไตรด์ถูกกำหนดเมื่อระบายความร้อนจากไดผ่านอะลูมินาไม่ได้ และเบริลเลียมออกไซด์ สงวนไว้สำหรับชิ้นงานที่ทั้งสองเกรดก่อนหน้าไม่ไหว
- เมื่อกระบวนการเป็นตัวกำหนดทองแดง — ลายที่พากระแสต้องใช้ทองแดงประกบของ DCB ส่วนชิ้นงานที่มีตัวต้านทาน แบบพิมพ์หรือมีแนวลายละเอียดกว่าฟอยล์ที่กัดได้อยู่ในกลุ่มฟิล์มบางหรือฟิล์มหนา
ใช้ที่ไหน
โมดูลกำลังและสแตก IGBT หลอด LED ความสว่างสูงและเลเซอร์เอนจิน สเตจ RF และไมโครเวฟ เซนเซอร์สำหรับ อุปกรณ์การแพทย์ ที่ต้องผ่านการฆ่าเชื้อ และอิเล็กทรอนิกส์กำลัง ยานยนต์ ที่อยู่ข้างแหล่งความร้อน เมื่อความถี่เป็นปัญหาแทน อุณหภูมิ PCB ความถี่สูง บนลามิเนต Rogers, Arlon, Taconic หรือ Nelco มักเป็นคำตอบที่ถูกกว่า เซรามิกจำเป็นเมื่อข้อกำหนดทั้งสองมาพร้อมกัน
จุดที่ซับสเตรตเซรามิกเสียในหน้างาน
ชิ้นงานที่ถูกส่งมาให้วิเคราะห์เสียที่การประกอบและที่รูปทรง ไม่ใช่วงจร
- รอยแตกที่จุดยึด — เซรามิกไม่มีการคลากของวัสดุ โบสยึดสกรูหรือคลิปที่งอจะเริ่มรอยแตกที่ขอบรู จึงต้องย้าย รูยึดออกจากบริเวณที่รับความเค้น กำหนดแหวนรอง และอย่าให้ซับสเตรตรับความแข็งของตัวเรือน
- การลอกที่รอยต่อ DCB — ทองแดงและเซรามิกขยายตัวไม่เท่ากัน พื้นที่ทองแดงผืนใหญ่ผืนเดียวจึงลอกออกจากขอบ หลังรอบความร้อนซ้ำ ควรแบ่งทองแดงเป็นตาข่ายหรือเป็นส่วน ๆ แทนที่จะคงเป็นผืนเพื่อความสะดวกในการวางลาย
- การคร่อมที่ขอบตัด — การกรีดด้วยเลเซอร์และการแยกชิ้นเชิงกลทำให้ตัวนำอยู่ชิดขอบกว่าที่อาร์ตเวิร์กระบุ จึงต้องกันพื้นที่หวงห้ามไว้ที่รูปทรงและวางลายไว้ด้านใน
- รอยร้าวขนาดเล็กจากรูปทรง — มุมแหลมด้านในรวมความเค้นของทุกรอบความร้อน ควรใส่รัศมีที่มุมในแบบ และให้ การแยกชิ้นเดินตามรัศมีนั้น ไม่ใช่ตามดอกกัด
การขอใบเสนอราคา
ส่งไฟล์ Gerber หรือ DXF พร้อมวัสดุเซรามิก กระบวนการ ความหนาทองแดง ขนาดชิ้น และจำนวน เพราะตัวนำบนงานฟิล์มบางหรือฟิล์มหนาถูกสะสมเป็นชั้นแทนการกัดลาย อาร์ตเวิร์กและค่าคลาดเคลื่อนจึงถูกตรวจ ใน DFM ก่อนยืนยันราคา ใบรับรองที่ออกแล้วอยู่ในหน้าใบรับรอง
บริการประกอบ PCB เซรามิก — SMT และงานผ่านรูบนซับสเตรตอะลูมินา AlN และ BeO — เสนอราคาร่วมกับ การผลิตในหน้า ประกอบ PCB และงานที่ผลิตในจีนอยู่ในหน้า ประกอบ PCB ในจีน
