الفرق بين لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية ولوحات الدوائر المطبوعة التقليدية المصنوعة من مادة FR4
قبل مناقشة هذه المسألة، دعونا أولاً نفهم ما هي لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية وما هي لوحات الدوائر المطبوعة FR4.
تشير لوحة الدوائر الخزفية إلى نوع من لوحات الدوائر المصنعة من مواد خزفية، وتُعرف أيضًا باسم لوحة الدوائر المطبوعة الخزفية (PCB). على عكس الركائز البلاستيكية المقواة بالألياف الزجاجية (FR-4) الشائعة، تستخدم لوحات الدوائر الخزفية ركائز خزفية، مما يوفر استقرارًا حراريًا أعلى، وقوة ميكانيكية أفضل، وخصائص عازلة أفضل، وعمرًا أطول. تُستخدم لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية بشكل أساسي في الدوائر التي تعمل في درجات حرارة عالية، وترددات عالية، وقدرات عالية، مثل مصابيح LED، ومضخمات الطاقة، وليزر أشباه الموصلات، وأجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية، وأجهزة الاستشعار، وأجهزة الميكروويف.
تشير لوحة الدوائر المطبوعة إلى مادة أساسية للمكونات الإلكترونية، وتُعرف أيضاً باسم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). وهي عبارة عن حامل لتجميع المكونات الإلكترونية عن طريق طباعة أنماط الدوائر المعدنية على ركائز غير موصلة، ثم إنشاء مسارات موصلة من خلال عمليات مثل التآكل الكيميائي، والنحاس الإلكتروليتي، والحفر.
فيما يلي مقارنة بين CCL الخزفي و FR4 CCL، بما في ذلك اختلافاتهم ومزاياهم وعيوبهم.
| صفات | طبقة السيراميك CCL | FR4 CCL |
| المكونات المادية | السيراميك | راتنج الإيبوكسي المقوى بالألياف الزجاجية |
| الموصلية | شمال | و |
| الموصلية الحرارية (واط/متر.كلفن) | 10-210 | 0.25-0.35 |
| نطاق السماكة | 0.1-3 مم | 0.1-5 مم |
| صعوبة المعالجة | عالي | قليل |
| تكلفة التصنيع | عالي | قليل |
| المزايا | استقرار جيد في درجات الحرارة العالية، وأداء عازل جيد، وقوة ميكانيكية عالية، وعمر خدمة طويل | مواد تقليدية، تكلفة تصنيع منخفضة، سهولة المعالجة، مناسبة للتطبيقات منخفضة التردد |
| العيوب | تكلفة تصنيع عالية، ومعالجة صعبة، ومناسبة فقط للتطبيقات عالية التردد أو عالية الطاقة | ثابت عزل كهربائي غير مستقر، وتغيرات كبيرة في درجة الحرارة، وقوة ميكانيكية منخفضة، وقابلية للتأثر بالرطوبة |
| العمليات | يوجد حاليًا خمسة أنواع شائعة من طبقات السيراميك الحرارية، بما في ذلك HTCC وLTCC وDBC وDPC وLAM، إلخ. | لوحة حاملة للدوائر المتكاملة، لوحة مرنة صلبة، لوحة توصيلات HDI مدفونة/مخفية، لوحة أحادية الجانب، لوحة ثنائية الجانب، لوحة متعددة الطبقات |
لوحة الدوائر المطبوعة الخزفية
مجالات تطبيق المواد المختلفة:
سيراميك الألومينا (Al2O3): يتميز بعزل ممتاز، وثبات في درجات الحرارة العالية، وصلابة، وقوة ميكانيكية تجعله مناسبًا للأجهزة الإلكترونية عالية الطاقة.
سيراميك نتريد الألومنيوم (AlN): يتميز بموصلية حرارية عالية واستقرار حراري جيد، وهو مناسب للأجهزة الإلكترونية عالية الطاقة ومجالات إضاءة LED.
سيراميك الزركونيا (ZrO2): يتميز بقوة عالية وصلابة عالية ومقاومة للتآكل، وهو مناسب للمعدات الكهربائية ذات الجهد العالي.
مجالات تطبيق العمليات المختلفة:
السيراميك عالي الحرارة المُحرق بالحرارة (HTCC): مناسب للتطبيقات التي تتطلب درجات حرارة عالية وقدرة عالية، مثل إلكترونيات الطاقة، والفضاء، والاتصالات عبر الأقمار الصناعية، والاتصالات الضوئية، والمعدات الطبية، وإلكترونيات السيارات، والبتروكيماويات، وغيرها من الصناعات. تشمل أمثلة المنتجات مصابيح LED عالية القدرة، ومضخمات الطاقة، والمحاثات، وأجهزة الاستشعار، ومكثفات تخزين الطاقة، وغيرها.
السيراميك المُحرق بدرجة حرارة منخفضة (LTCC): مناسب لتصنيع أجهزة الميكروويف مثل أجهزة الترددات الراديوية، وأجهزة الميكروويف، والهوائيات، والمستشعرات، والمرشحات، ومقسمات الطاقة، وغيرها. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدامه في مجالات الطب، والسيارات، والفضاء، والاتصالات، والإلكترونيات، وغيرها. تشمل أمثلة المنتجات وحدات الميكروويف، ووحدات الهوائيات، ومستشعرات الضغط، ومستشعرات الغاز، ومستشعرات التسارع، ومرشحات الميكروويف، ومقسمات الطاقة، وغيرها.
النحاس ذو التوصيل المباشر (DBC): مناسب لتبديد الحرارة في أجهزة أشباه الموصلات عالية الطاقة (مثل IGBT وMOSFET وGaN وSiC وغيرها) بفضل موصليته الحرارية الممتازة وقوته الميكانيكية العالية. تشمل أمثلة المنتجات وحدات الطاقة، وإلكترونيات الطاقة، ووحدات التحكم في المركبات الكهربائية، وغيرها.
لوحة الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات من النحاس المطلي مباشرة (DPC): تُستخدم بشكل أساسي لتبديد الحرارة من مصابيح LED عالية الطاقة، والتي تتميز بشدة إضاءة عالية، وموصلية حرارية عالية، وأداء كهربائي عالٍ. تشمل أمثلة هذه المنتجات مصابيح LED، ومصابيح LED فوق البنفسجية، ومصابيح LED بتقنية COB، وغيرها.
تقنية LAM (الترسيب المعدني بالتنشيط الليزري للرقائق المعدنية الخزفية الهجينة): تُستخدم لتبديد الحرارة وتحسين الأداء الكهربائي في مصابيح LED عالية الطاقة، ووحدات الطاقة، والمركبات الكهربائية، وغيرها من المجالات. تشمل أمثلة المنتجات مصابيح LED، ووحدات الطاقة، ومحركات المركبات الكهربائية، وما إلى ذلك.
لوحة الدوائر المطبوعة FR4
تُعد لوحات حامل الدوائر المتكاملة، ولوحات Rigid-Flex، ولوحات HDI ذات الثقوب العمياء/المدفونة من أنواع لوحات الدوائر المطبوعة الشائعة الاستخدام، والتي يتم تطبيقها في مختلف الصناعات والمنتجات على النحو التالي:
لوحة حامل الدوائر المتكاملة: هي لوحة دوائر مطبوعة شائعة الاستخدام، وتُستخدم بشكل أساسي لاختبار الرقائق وإنتاجها في الأجهزة الإلكترونية. تشمل التطبيقات الشائعة إنتاج أشباه الموصلات، والتصنيع الإلكتروني، والفضاء، والمجالات العسكرية، وغيرها.
لوحة مرنة صلبة: هي لوحة مصنوعة من مواد مركبة تجمع بين لوحة الدوائر المطبوعة المرنة (FPC) ولوحة الدوائر المطبوعة الصلبة (PCB)، ما يمنحها مزايا كلتا اللوحتين. تشمل تطبيقاتها الشائعة الإلكترونيات الاستهلاكية، والمعدات الطبية، وإلكترونيات السيارات، والفضاء، وغيرها من المجالات.
لوحة التوصيلات العمياء/المخفية عالية الكثافة (HDI): هي لوحة دوائر مطبوعة عالية الكثافة تتميز بكثافة خطوط أعلى وفتحات أصغر لتحقيق حجم أصغر وأداء أعلى. تشمل تطبيقاتها الشائعة الاتصالات المتنقلة، وأجهزة الكمبيوتر، والإلكترونيات الاستهلاكية، وغيرها من المجالات.
