Seramik PCB nedir?

Seramik baskılı devre kartının kısaltması olan seramik PCB, bir tür gelişmiş baskılı devre kartıdır. Özellikle katı gereksinimleri olan yüksek performanslı elektronik uygulamalarda mükemmel performans ve güvenilirlik sunabilir. Fiberglas veya epoksi reçine gibi organik malzemelerden yapılmış geleneksel devre kartlarının aksine seramik PCB, benzersiz performans ve işlevler getiren seramik malzemeler kullanır. Isı yayma performansı, akım taşıma kabiliyeti, yalıtımı ve seramik PCB'nin termal genleşme katsayısı nedeniyle, yüksek güçlü elektronik modüllerde, havacılıkta ve askeri elektronikte yaygın olarak kullanılmaktadır. Seramik PCB, bakır folyo ve seramik alt tabakayı yüksek sıcaklık altında bağlamak için yapıştırma kullanır. Bu durumda, seramik PCB güçlü bir bağlama kuvvetine sahiptir, bakır folyo yüksek güvenilirlik ile kolayca düşmez, ve yüksek sıcaklık ve nem ortamında yüksek performans kararlılığı.

Seramik PCB'ler için Ortak Malzemeler

Seramik PCB üretmek için birçok malzeme kullanılabilir. Seramik PCB için malzeme seçerken, tasarımcının iki temel özelliğe dikkat etmesi gerekir: PCB termal iletkenliği ve termal genleşme katsayısı (CTE). Aşağıda, seramik PCB'ler için en yaygın malzemelerden bahsediyoruz.

1. Alümina(Al2O3)

Alümina, mekanik, termal ve elektriksel özellikler açısından diğer oksit seramiklerin çoğuna kıyasla yüksek mukavemet ve kimyasal stabiliteye sahip olması ve çeşitli teknik imalat ve farklı şekiller için uygun olan hammadde kaynağının bol olması nedeniyle seramik yüzeylerde en yaygın kullanılan alt tabaka malzemesidir. Alüminyum oksit (Al2O3) yüzdesine göre 75 porselen, 96 porselen ve 99,5 porselene ayrılabilir. Elektriksel özellikler, farklı alüminyum oksit içeriğinden neredeyse etkilenmez, ancak mekanik özellikleri ve termal iletkenliği büyük ölçüde değişir. Düşük saflıktaki yüzeylerde daha fazla cam fazı vardır ve yüzey pürüzlülüğü büyüktür. Alt tabakanın saflığı ne kadar yüksek olursa, dielektrik kaybı o kadar pürüzsüz, yoğun ve düşük olur, ancak fiyat da o kadar yüksek olur.

2. Ol

Metalik alüminyuma göre daha yüksek ısı iletkenliğine sahiptir ve yüksek ısı iletkenliğinin gerekli olduğu durumlarda kullanılır. Sıcaklık 300°C'yi aştıktan sonra hızla düşer, ancak gelişimi toksisitesi nedeniyle sınırlıdır.

3. AlN

Alüminyum nitrür seramikler, ana kristal faz olarak alüminyum nitrür tozu içeren seramiklerdir. Alümina seramik yüzeylerle karşılaştırıldığında, daha yüksek yalıtım direncine ve yalıtım dayanım voltajına ve daha düşük bir dielektrik sabitine sahiptir. Termal iletkenliği Al2O3'ün 7 ila 10 katıdır ve termal genleşme katsayısı (CTE), yüksek güçlü yarı iletken çipler için çok önemli olan silikon levhalarınkiyle yaklaşık olarak eşleşir. Üretim süreci açısından AlN'nin termal iletkenliği, artık oksijen safsızlık içeriğinden büyük ölçüde etkilenir. Oksijen içeriğinin azaltılması termal iletkenliği önemli ölçüde artırabilir.

Seramik PCB İki Taraflı

Seramik PCB Çeşitleri

Seramik PCB'nin çeşitli türleri ve özellikleri vardır, her tür belirli uygulamaları ve gereksinimleri karşılamak için tasarlanmış ve kullanılmıştır. İşte bazı yaygın seramik PCB türleri;

1. Tek Taraflı Seramik PCB: Temel seramik PCB'dir ve seramik alt tabaka üzerinde bir iletken katman vardır. Normalde yüksek ısı iletkenliği gerektiren ancak karmaşık devreye ihtiyaç duymayan bazı uygulamalarda kullanılır.
2. Çok katmanlı PCB: Karmaşık devre tasarımı, yüksek yoğunluklu ara bağlantı ve sinyal bütünlüğü gerektiren uygulamalar için uygundur
3. Kalın Film PCB: Seramik PCB üzerinde iletken ve direnç izi oluşturmak için kalın film teknolojisi kullanılır. Kalın film PCB, dayanıklılığı ile ünlüdür, otomotiv ve endüstriyel ortamlarda ve zorlu ortamlardaki diğer uygulamalarda iyi performans gösterebilir.

Seramik PCB'ler de üretim süreçlerine göre farklı tiplere ayrılabilir;

1. Doğrudan Kaplama Bakır (DPC) PCB: Seramik ince film işlemeye dayalı olarak geliştirilmiş bir seramik devre işleme teknolojisidir. Devre alt tabakası olarak alüminyum nitrür/alüminyum oksit seramikler kullanılır, alt tabaka yüzeyinde püskürtme yoluyla metal bir tabaka birleştirilir ve devre, elektrokaplama ve fotolitografi ile oluşturulur.
2. Lazer Aktivasyon Metalizasyonu (LAM) PCB'si: Yüksek hassasiyete ve iyi yapışma gücüne sahiptir. İletken katman 1μm'den 1 mm'ye kadar özelleştirilebilir ve gümüş macun yerine saf bakır kullanılması delik iletkenliği ve bağlanma mukavemeti sorununu çözebilir ve genel performans daha kararlıdır.
3. Doğrudan Bağ Bakır (DBC) PCB: DBC yöntemi kullanılarak, biriktirme işlemi öncesinde veya sırasında bakır ile seramik arasına uygun miktarda oksijen verilir. Bu yöntem, 140um (4oz)-350um (10oz) gibi yüksek bakır kalınlıkları gerektiğinde kullanılır.
4. Düşük Sıcaklıkta Birlikte Ateşlemeli Seramik (LTCC) PCB: LTCC teknolojisi, çeşitli seramik cihazlar yapmak için kapasitörlerle aynı yöntemi kullanır. Oluşturmak için 850-900°C'de bir sinterleme fırınına yerleştirilirler. Katmanlar arasında elektriksel bağlantı sağlamak için, baskıdan önce delikler açılmalı ve gümüş macunla doldurulmalıdır.
5. Yüksek Sıcaklıkta Birlikte Ateşlemeli Seramik (HTCC) PCB: Üretim sürecinde cam malzeme eklenmeyecektir. HTCC ve LTCC arasındaki fark, HTCC PCB'lerin gazlı bir atmosferde yaklaşık 1600–1700 °C'de pişirilmesidir. HTCC PCB'ler o kadar yüksek bir birlikte ateşleme sıcaklığına sahiptir ki, tungsten, molibden veya manganez gibi yüksek erime noktalı metallerden yapılmış devre izleri kullanırlar. Yüksek sıcaklıklarda, bu PCB'ler zorlu ortamlarda bile çalışacak şekilde tasarlandıkları için herhangi bir hasar görmeden düzgün çalışabilirler.

 

Seramik PCB'lerin Avantajları

Seramik PCB'nin çeşitli avantajları vardır, bu da onu yüksek performans, güvenilirlik ve verimlilik gerektiren uygulamalar için iyi bir seçim haline getirir.

1. Yüksek Isı İletkenliği: Al2O3, AlN, SiC vb. seramik malzemeler mükemmel ısı iletkenliğine sahiptir. Bu, seramik PCB'nin aşırı ısınmayı önlemek ve yüksek güçlü elektronik cihazların normal ve güvenilir bir şekilde çalışabilmesini sağlamak için ısıyı etkili bir şekilde dağıtabileceği anlamına gelir.
2. Mükemmel Elektronik Özellikler: Seramik malzeme, özellikle yüksek frekans altında düşük dielektrik kaybına ve güzel elektronik özelliklere sahiptir. Sinyal bütünlüğü ve düşük sinyal kaybı çok önemli olduğu için seramik PCB'yi radyo frekansı, mikrodalga ve yüksek hızlı dijital devre ve benzeri uygulamalarda kullanıma çok uygun hale getirir.
3. Mekanik Mukavemet ve Dayanıklılık: Organik PCB ile karşılaştırıldığında, seramik PCB daha iyi mekanik dayanıma ve sertliğe sahiptir. Sertlik, seramik PCB'nin mekanik strese, sarsıntıya ve şoka dayanabilmesini sağlar ve seramik PCB'nin zorlu ortamlarda daha uygun olmasını sağlar.
4. Kimyasal direnç: Seramik kimyasal, çözelti, asit ve alkaliye karşı güçlü bir dirence sahiptir. Bu direnç, seramik PCB'yi otomotiv, havacılık ve endüstriyel sektörler gibi sert kimyasallara maruz kalmanın yaygın olduğu endüstrilerdeki uygulamalar için ideal kılar.
5. Yüksek Sıcaklık Dayanımı: Geleneksel organik PCB ile karşılaştırıldığında, seramik PCB, elektronik ürünlerin yüksek sıcaklık altında güvenilir bir şekilde çalışması gerektiğinden, otomotiv ve havacılık endüstrileri için çok önemli olan daha yüksek sıcaklığa dayanabilir.
6. Boyut olarak daha küçük: Seramik PCB, ince devre, daha küçük bileşenler ve yüksek yoğunluklu ara bağlantı alabilir, böylece tasarımcı kompakt tasarımlar yapabilir. Bu özellik, performanstan ödün vermeden daha küçük boyut gerektiren uygulamalar için önemlidir.
7. Sinyal bütünlüğü: Seramik PCB, özellikle yüksek frekans altında düşük dielektrik kaybı ve yüksek dielektrik sabiti temelinde mükemmel sinyal bütünlüğü sağlayabilir. Bu özelliği ile seramik PCB, yüksek hızlı veri iletimi ve iletişim sistemi için uygundur.
8. Zorlu Ortam Uyumluluğu: Seramik ısı, kimyasal direnç özelliklerine sahip olduğundan, örneğin petrol ve gaz arama, havacılık ve askeri uygulamalar gibi zorlu ortamlarda iyi çalışabilir.
9. Güvenilirlik ve Uzun Ömür: Yüksek termal performans, sağlamlık ve kimyasal direncin birleşimi, seramik PCB'nin uzun vadeli güvenilirliğine katkıda bulunarak arıza riskini azaltır ve elektronik cihazların ömrünü uzatır.
10. Özelleştirilmiş Mevcut: Seramik PCB, tasarımcıların uygulamaya göre devreyi optimize edebilmelerini sağlayan temel malzeme, katman konfigürasyonu, düzen, bileşen konumu dahil olmak üzere özel tasarım gereksinimlerini karşılayacak şekilde özelleştirilebilir.
11. EMI/EMC Performansı: Seramik malzemeler, elektriksel özellikleri ve koruma yetenekleri nedeniyle doğası gereği daha iyi elektromanyetik girişim (EMI) ve elektromanyetik uyumluluk (EMC) performansı sunar

Seramik PCB Yandan Görünüm

Seramik PCB'nin Dezavantajları

Yukarıda bahsettiğimiz gibi, seramik PCB'nin diğer PCB'lere kıyasla birçok avantajı vardır, yine de dikkate alınması gereken bazı potansiyel dezavantajlar vardır.

1. Kırılgan: Seramiğin orijinal özellikleri nedeniyle taşıma, montaj süreci ve test sırasında kırılgandır. Bu nedenle mühendislik personelinin söz konusu süreçte seramik PCB'ye daha fazla dikkat etmesi gerekmektedir.
2. Maliyet Değerlendirmesi: Seramik, fiyatı makul bir malzemedir. Ancak, tüm faktörler göz önüne alındığında, hala geleneksel PCB'den çok daha pahalıdır. Bu nedenle tasarımcının, tasarımı seramik PCB yapmanın daha uygun maliyetli bir seçenek olup olmadığını düşünmesi gerekir.

Seramik PCB Uygulaması

• Büyük güçlü elektronik modül, güneş enerjisi pil bileşenleri
• Yüksek frekanslı güç anahtarı, katı hal röleleri
• Otomotiv elektroniği, havacılık ve askeri elektronik ürünler
• Yüksek güçlü LED aydınlatma ürünleri
• Telekomünikasyon anteni, otomotiv yangın çakmağı

Seramik PCB, mükemmel termal iletkenliği, yüksek stabilitesi ve mükemmel performansı nedeniyle yüksek güçlü ve yüksek frekanslı uygulamalar için ideal bir seçim haline gelmiştir. 5G ve yeni enerji alanlarında elektronik teknolojisini daha verimli ve güvenilir bir yöne doğru yönlendiriyor ve gelecekteki üst düzey elektronik üretimi için önemli bir malzeme haline geliyor.

Jerico PCB, 2009'dan beri 16 yıldır seramik PCB imalatında derin bir şekilde çalışmaktadır. Yeni enerji ve telekomünikasyon alanlarında güvenilir ve yüksek performanslı seramik PCB imalat hizmetimizle konseptten prototipe ve seri üretime kadar yüzlerce projeye destek verdik. İyi olduğumuz işi yaparsak müşterilerimizin desteği ve güveni ile her geçen gün daha profesyonel olacağımıza inanıyoruz. Bugün seramik PCB projeniz hakkında konuşalım ve size nasıl başarı getirebileceğimizi görelim.