تميل ألواح الألياف الزجاجية التقليدية FR-4 إلى تطوير شكل "قوس" بعد اللحام بإعادة التدفق. وهذه نتيجة حتمية لعدم التوازن بين الإجهاد الحراري والخواص الفيزيائية للمادة. تعاني مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور التقليدية من عيوب لحام المكونات وأعطال في المعدات بسبب التزييف. أصبح أحد أنواع ثنائي الفينيل متعدد الكلور الذي يستخدم السيراميك كركيزة له، مع ثباته المادي شبه الكامل-، هو الاختيار الأساسي للأجهزة الإلكترونية عالية الطاقة- أو ذات الموثوقية العالية.
لماذا لا تتشوه ركائز السيراميك؟
يكمن السبب الجذري لتشوه ثنائي الفينيل متعدد الكلور في عدم التطابق بين معاملات التمدد الحراري للمواد وإطلاق الضغط الداخلي. يتم تشكيل ركائز FR-4 العادية عن طريق ربط قماش الألياف الزجاجية وراتنج الإيبوكسي. يلين الراتينج عند تسخينه وينكمش عند تبريده. رقائق النحاس غير المتماثلة على كلا الجانبين تزيد من تفاقم التشوه.
تمتلك الركائز الخزفية خصائص مختلفة تمامًا. إنهم يستخدمون-صفائح خضراء من السيراميك الملبد بدرجة حرارة عالية كقاعدة، مما يعرض معامل مرونة عالي جدًا ومعامل تمدد حراري منخفض للغاية. أثناء التصنيع، يتم ربط رقائق النحاس بسطح السيراميك من خلال-الضغط الساخن بدرجة حرارة عالية أو تقنية الطلاء المباشر بالنحاس، مما يحقق الترابط بين الجزيئات بدلاً من الترابط اللاصق البسيط. وهذا يسمح للهيكل المركب بالحفاظ على استقرار الأبعاد حتى في ظل ظروف درجات الحرارة القصوى.
سيراميك الألومينا: ملك الفعالية-من حيث التكلفة
تعد الألومينا حاليًا المادة الأساسية الخزفية الأكثر استخدامًا على نطاق واسع، حيث تحتوي على ما بين 75% و99.5% من الألومينا. يؤدي النقاء العالي بنسبة 99.5% إلى الحصول على سطح أملس وكثيف مع فقدان عازل منخفض للغاية، مما يجعله مناسبًا للدوائر-عالية التردد.
تبلغ الموصلية الحرارية للألومينا حوالي 24 إلى 28 واط/(م·ك)، وهي أعلى بكثير من FR-4's 0.3 واط/(م·ك). ومع ذلك، فإنها لا تزال قاصرة في تطبيقات الطاقة العالية جدًا. إنها تتميز بوفرة المواد الخام، القوة الميكانيكية العالية، والاستقرار الكيميائي الممتاز، مما يجعلها مثالًا رئيسيًا للمنتج الذي يوازن بين الأداء والتكلفة، وبالتالي يحتل مكانة مهيمنة في مجالات الإلكترونيات الدقيقة ووحدات الطاقة.
إن الموصلية الحرارية العالية لنتريد الألومنيوم -تتوافق بشكل جيد مع رقائق السيليكون. أدى ظهور سيراميك نيتريد الألومنيوم إلى حل مشكلة التوصيل الحراري غير الكافي في الألومينا، حيث حقق موصلية حرارية تزيد عن 170 واط/(م·ك)، أي سبعة أضعاف تلك الموجودة في الألومينا، بل وتتجاوز تلك الخاصة بالألمنيوم المعدني.
والأهم من ذلك، أن معامل التمدد الحراري لنتريد الألومنيوم قريب جدًا من معامل التمدد الحراري لرقائق السيليكون شبه الموصلة. عندما يتم تركيب رقائق ذات قدرة عالية- مباشرة على الركيزة، فإن معامل التمدد المماثل يتجنب بشكل فعال إجهاد القص الناتج عن التدوير الحراري، وبالتالي يمنع تشقق الرقاقة أو إجهاد وصلة اللحام. عملية التصنيع لديها متطلبات عالية للغاية للتحكم في محتوى الأكسجين. كلما انخفضت شوائب الأكسجين، كلما كانت الموصلية الحرارية أقوى.
الموصلية الحرارية العالية والقيود السمية لأكسيد البريليوم
يُظهر سيراميك أكسيد البريليوم موصلية حرارية استثنائية، حتى أنه يفوق نيتريد الألومنيوم، حيث يصل إلى أكثر من 250 واط/(م·ك) في درجة حرارة الغرفة. لقد كانت ذات يوم المادة المفضلة في المجالات ذات متطلبات تبديد الحرارة الصارمة للغاية.
ومع ذلك، مسحوق أكسيد البريليوم سام. إذا تم استنشاق الغبار الناتج أثناء الإنتاج والتجهيز، فإنه يمكن أن يسبب أمراض الرئة الخطيرة. وبالمثل، إذا تم استنشاق الغبار الناتج أثناء التخلص منه، فإنه يمكن أن يسبب أيضًا أمراضًا رئوية خطيرة. هذا الخلل القاتل يحد بشدة من تطوره. حاليًا، يتم استخدامه فقط في عدد قليل جدًا من المجالات العسكرية المتخصصة مع تدابير وقائية شاملة، وأيضًا في عدد قليل جدًا من مجالات الطيران المتخصصة مع تدابير حماية شاملة. تم استبدال السوق المدنية إلى حد كبير بنتريد الألومنيوم.
المزايا الأساسية لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخزفية
الميزة الأكثر وضوحًا للركائز الخزفية هي قدرتها القوية على تحمل التيار-. تظهر البيانات التجريبية أنه عندما يتدفق تيار 100 أمبير بشكل مستمر عبر ركيزة نحاسية بسمك 1 مم وسمك 0.3 مم، فإن ارتفاع درجة الحرارة يبلغ حوالي 17 درجة فقط. إذا تم زيادة سمك النحاس إلى 2 مم، يمكن التحكم في ارتفاع درجة الحرارة إلى حدود 5 درجات.
بالإضافة إلى ذلك، فهو يتمتع بخصائص عزل ممتازة يمكنها تحمل الجهد العالي. تضمن هذه الخاصية سلامة المعدات والأفراد. ونظرًا لأنه لا يتطلب مواد لاصقة عضوية، فإن أداءه مستقر للغاية في البيئات-درجة الحرارة العالية والرطوبة العالية-. علاوة على ذلك، فإن التصاق رقائق النحاس قوي جدًا ولن ينفصل بسبب التغيرات الجذرية في درجات الحرارة، مما يجعل موثوقيته أعلى بكثير من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور العادية.
خيارات التصنيع لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخزفية
على الرغم من أن الركائز الخزفية تتميز بأداء فائق، إلا أن طبيعتها الهشة تحد من استخدامها في تصنيع اللوحات ذات المساحة الكبيرة-، كما أن سعرها أعلى بكثير من FR-4. قد تكلف ركيزة نيتريد الألومنيوم الجانبية مقاس 100 مم عشرات المرات أكثر من FR-4 من نفس الحجم.
لذلك، يتم استخدامه بشكل أساسي في التطبيقات-المتطورة مثل-مصابيح LED عالية الطاقة، وأنظمة الإشعال في السيارات، ومصادر إمداد الطاقة ذات التردد العالي-، والفضاء الجوي، والإلكترونيات العسكرية. إن اختيار الركيزة الخزفية يعني اختيار الاستقرار والموثوقية المطلقين. في مجال البحث والتطوير الفعلي أو إنتاج الدفعات الصغيرة-، يعد اختيار شركة تصنيع محترفة وموثوقة أمرًا بالغ الأهمية. شاركت شركة JEP PCB بعمق في الصناعة لسنوات عديدة، وتمتلك قدرات معالجة ركائز السيراميك الاحترافية. بدءًا من النماذج الأولية وحتى الإنتاج الضخم، يمكن أن يوفر استجابة سريعة ودعمًا مستقرًا للعملية، مما يضمن إمكانية تحقيق التصميم عالي الأداء-بدقة.
لذا، في تصميم المنتج الخاص بك، هل ستعطي الأولوية للتحكم في التكلفة، أم ستختار الركيزة الخزفية بسبب ارتفاع درجة حرارتها بمقدار 5 درجات وموثوقيتها واستقرارها الذي لا مثيل له؟ لا تتردد في مشاركة آرائك في قسم التعليقات، وقم بالإعجاب بهذه المقالة ومشاركتها حتى يتمكن المزيد من المهندسين من رؤية هذا-التعميم العلمي المتعمق.