ההבדל בין PCB קרמי לבין PCB FR4 מסורתיים
לפני שנדון בסוגיה זו, בואו נבין תחילה מה זה PCB קרמי ומה הם PCB FR4.
לוח מעגלים קרמיים מתייחס לסוג של מעגלים המיוצרים על בסיס חומרים קרמיים, הידוע גם כ-Ceramic PCB (מעגל מודפס). שלא כמו מצעים נפוצים מפלסטיק מחוזק בסיבי זכוכית (FR-4), לוחות מעגלים קרמיים משתמשים במצעים קרמיים, שיכולים לספק יציבות טמפרטורה גבוהה יותר, חוזק מכני טוב יותר, תכונות דיאלקטריות טובות יותר ותוחלת חיים ארוכה יותר. לוחות PCB קרמיים משמשים בעיקר במעגלים בטמפרטורה גבוהה, בתדר גבוה ובעוצמה גבוהה, כגון נורות LED, מגברי כוח, לייזרים מוליכים למחצה, מקלטי RF, חיישנים ומכשירי מיקרוגל.
לוח מעגלים מתייחס לחומר בסיסי לרכיבים אלקטרוניים, המכונה גם PCB או לוח מעגלים מודפסים. זהו מנשא להרכבת רכיבים אלקטרוניים על ידי הדפסת דפוסי מעגלים מתכתיים על מצעים לא מוליכים, ולאחר מכן יצירת מסלולים מוליכים דרך תהליכים כמו קורוזיה כימית, נחושת אלקטרוליטית וקידוח.
להלן השוואה בין CCL קרמית ל-FR4 CCL, כולל ההבדלים, היתרונות והחסרונות שלהם.
| מאפיינים | CCL קרמיקה | FR4 CCL |
| רכיבי חומר | קֵרָמִי | שרף אפוקסי מחוזק בסיבי זכוכית |
| מוֹלִיכוּת | נ | ו |
| מוליכות תרמית (W/mK) | 10-210 | 0.25-0.35 |
| טווח עובי | 0.1-3 מ"מ | 0.1-5 מ"מ |
| קושי בעיבוד | גָבוֹהַ | נָמוּך |
| עלות ייצור | גָבוֹהַ | נָמוּך |
| יתרונות | יציבות טובה בטמפרטורה גבוהה, ביצועים דיאלקטריים טובים, חוזק מכני גבוה וחיי שירות ארוכים | חומרים קונבנציונליים, עלות ייצור נמוכה, עיבוד קל, מתאים ליישומים בתדר נמוך |
| חסרונות | עלות ייצור גבוהה, עיבוד קשה, מתאים רק ליישומים בתדירות גבוהה או בעוצמה גבוהה | קבוע דיאלקטרי לא יציב, שינויי טמפרטורה גדולים, חוזק מכני נמוך ורגישות ללחות |
| תהליכים | נכון לעכשיו, ישנם חמישה סוגים נפוצים של CCL תרמית קרמית, כולל HTCC, LTCC, DBC, DPC, LAM וכו' | לוח מנשא IC, לוח קשיח-פלקס, HDI קבור/עיוור באמצעות לוח, לוח חד צדדי, לוח דו צדדי, לוח רב שכבתי |
PCB קרמי
תחומי יישום של חומרים שונים:
אלומינה קרמיקה (Al2O3): יש לו בידוד מעולה, יציבות בטמפרטורה גבוהה, קשיות וחוזק מכני כדי להתאים למכשירים אלקטרוניים בעלי הספק גבוה.
אלומיניום ניטריד קרמיקה (AlN): עם מוליכות תרמית גבוהה ויציבות תרמית טובה, היא מתאימה למכשירים אלקטרוניים בעלי הספק גבוה ולשדות תאורת LED.
קרמיקה זירקוניה (ZrO2): בעלת חוזק גבוה, קשיות גבוהה ועמידות בפני שחיקה, היא מתאימה לציוד חשמלי במתח גבוה.
תחומי יישום של תהליכים שונים:
HTCC (High Temperature Co Fied Ceramics): מתאים ליישומי טמפרטורה גבוהה והספק גבוה, כגון אלקטרוניקה, תעופה וחלל, תקשורת לוויינית, תקשורת אופטית, ציוד רפואי, אלקטרוניקה לרכב, פטרוכימיה ותעשיות אחרות. דוגמאות למוצרים כוללות נוריות LED בעלות הספק גבוה, מגברי הספק, משרנים, חיישנים, קבלים לאחסון אנרגיה וכו'.
LTCC (Low Temperature Co fired Ceramics): מתאים לייצור מכשירי מיקרוגל כגון RF, מיקרוגל, אנטנה, חיישן, פילטר, מחלק כוח וכו'. בנוסף, ניתן להשתמש בו גם ברפואה, רכב, תעופה וחלל, תקשורת, אלקטרוניקה ותחומים אחרים. דוגמאות למוצרים כוללות מודולי מיקרוגל, מודולי אנטנה, חיישני לחץ, חיישני גז, חיישני תאוצה, מסנני מיקרוגל, מחלקי כוח וכו'.
DBC (Direct Bond Copper): מתאים לפיזור חום של התקני מוליכים למחצה בעלי הספק גבוה (כגון IGBT, MOSFET, GaN, SiC וכו') עם מוליכות תרמית מעולה וחוזק מכני. דוגמאות למוצרים כוללות מודולי כוח, אלקטרוניקת כוח, בקרי רכב חשמליים וכו'.
DPC (Direct Plate Copper Multilayer Printed Circuit Board): משמש בעיקר לפיזור חום של נורות LED בעלות הספק גבוה עם מאפיינים של עוצמה גבוהה, מוליכות תרמית גבוהה וביצועים חשמליים גבוהים. דוגמאות למוצרים כוללות נורות LED, נוריות UV, נוריות COB וכו'.
LAM (Laser Activation Metallization for Hybrid Ceramic Metal Laminate): יכול לשמש לפיזור חום ואופטימיזציה של ביצועים חשמליים בנורות LED בעלות הספק גבוה, מודולי כוח, כלי רכב חשמליים ותחומים אחרים. דוגמאות למוצרים כוללות נורות LED, מודולי כוח, נהגי רכב חשמליים וכו'.
FR4 PCB
לוחות נושאי IC, לוחות Rigid-Flex ולוחות HDI עיוורים/קבורים באמצעות לוחות הם סוגים נפוצים של PCB, אשר מיושמים בתעשיות ובמוצרים שונים כדלקמן:
לוח נושאות IC: זהו לוח מעגלים מודפס נפוץ, המשמש בעיקר לבדיקות וייצור שבבים במכשירים אלקטרוניים. יישומים נפוצים כוללים ייצור מוליכים למחצה, ייצור אלקטרוני, תעופה וחלל, צבא ותחומים אחרים.
לוח קשיח-פלקס: זהו לוח מחומרים מרוכבים המשלב FPC עם PCB קשיח, עם היתרונות של לוחות מעגלים גמישים וקשיחים כאחד. יישומים נפוצים כוללים מוצרי אלקטרוניקה, ציוד רפואי, אלקטרוניקה לרכב, תעופה וחלל ותחומים אחרים.
HDI עיוור/קבור באמצעות לוח: זהו לוח מעגלים מודפסים בצפיפות גבוהה עם צפיפות קו גבוהה יותר וצמצם קטן יותר כדי להשיג אריזה קטנה יותר וביצועים גבוהים יותר. יישומים נפוצים כוללים תקשורת סלולרית, מחשבים, מוצרי אלקטרוניקה ותחומים אחרים.