ההבדל בין מעגלים מודפסים קרמיים למעגלים מודפסים FR4 מסורתיים
לפני שנדון בנושא זה, בואו נבין תחילה מהם מעגלים מודפסים קרמיים ומהם מעגלים מודפסים FR4.
לוח מעגלים קרמי מתייחס לסוג של לוח מעגלים המיוצר על בסיס חומרים קרמיים, המכונה גם לוח מעגלים מודפס קרמי (PCB). בניגוד למצעים נפוצים של פלסטיק 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. מעגלים מודפסים קרמיים משמשים בעיקר במעגלים בטמפרטורה גבוהה, בתדר גבוה ובעלי הספק גבוה, כגון נורות LED, מגברי הספק, לייזרים מוליכים למחצה, משדרי RF, חיישנים והתקני מיקרוגל.
לוח מעגלים מודפס (Circuit Board) מתייחס לחומר בסיסי לרכיבים אלקטרוניים, המכונה גם PCB או מעגל מודפס. זהו נשא להרכבת רכיבים אלקטרוניים על ידי הדפסת תבניות מעגל מתכת על מצעים לא מוליכים, ולאחר מכן יצירת מסלולים מוליכים באמצעות תהליכים כגון קורוזיה כימית, נחושת אלקטרוליטית וקידוח.
להלן השוואה בין CCL קרמי ל- FR4 CCL, כולל ההבדלים, היתרונות והחסרונות ביניהם.
| מאפיינים | CCL קרמי | FR4 CCL |
| רכיבי חומר | קֵרָמִי | שרף אפוקסי מחוזק בסיבי זכוכית |
| מוֹלִיכוּת | נ | וגם |
| מוליכות תרמית (W/mK) | 10-210 | 0.25-0.35 |
| טווח עובי | 0.1-3 מ"מ | 0.1-5 מ"מ |
| קושי עיבוד | 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 בתדר גבוה או בהספק גבוה | קבוע דיאלקטרי לא יציב, שינויי טמפרטורה גדולים, חוזק מכני נמוך ורגישות ללחות |
| תהליכים | כיום, ישנם חמישה סוגים נפוצים של CCL תרמי קרמי, כולל HTCC, LTCC, DBC, DPC, LAM וכו'. | לוח נשא IC, לוח Rigid-Flex, לוח HDI קבור/עיוור, לוח חד-צדדי, לוח דו-צדדי, לוח רב-שכבתי |
PCB קרמי
תחומי יישום של חומרים שונים:
קרמיקה מאלומינה (Al2O3): בעלת בידוד מעולה, יציבות בטמפרטורה גבוהה, קשיות וחוזק מכני המתאימים למכשירים אלקטרוניים בעלי הספק גבוה.
קרמיקה מאלומיניום ניטריד (AlN): בעלת מוליכות תרמית גבוהה ויציבות תרמית טובה, היא מתאימה למכשירים אלקטרוניים בעלי הספק גבוה ולתחומי תאורת LED.
קרמיקה מזירקוניה (ZrO2): בעלת חוזק גבוה, קשיות גבוהה ועמידות בפני שחיקה, מתאימה לציוד חשמלי במתח גבוה.
תחומי יישום של תהליכים שונים:
HTCC (קרמיקה בטמפרטורה גבוהה עם גז): מתאים ליישומים בטמפרטורה גבוהה ובעוצמה גבוהה, כגון אלקטרוניקה להספק, תעופה וחלל, תקשורת לוויינית, תקשורת אופטית, ציוד רפואי, אלקטרוניקה לרכב, פטרוכימיה ותעשיות אחרות. דוגמאות למוצרים כוללות נורות LED בהספק גבוה, מגברי הספק, סלילים, חיישנים, קבלים לאגירת אנרגיה וכו'.
LTCC (קרמיקה בטמפרטורה נמוכה של CO2): מתאים לייצור התקני מיקרוגל כגון RF, מיקרוגל, אנטנות, חיישנים, מסננים, מחלקי הספק וכו'. בנוסף, ניתן להשתמש בו גם בתחומי הרפואה, הרכב, התעופה והחלל, התקשורת, האלקטרוניקה ותחומים אחרים. דוגמאות למוצרים כוללות מודולי מיקרוגל, מודולי אנטנה, חיישני לחץ, חיישני גז, חיישני תאוצה, מסנני מיקרוגל, מחלקי הספק וכו'.
DBC (נחושת עם קשר ישיר): מתאים לפיזור חום של התקני מוליכים למחצה בעלי הספק גבוה (כגון IGBT, MOSFET, GaN, SiC וכו') בעלי מוליכות תרמית וחוזק מכני מעולים. דוגמאות למוצרים כוללות מודולי הספק, אלקטרוניקת הספק, בקרי רכב חשמלי וכו'.
DPC (לוח מעגלים מודפסים רב-שכבתיים מנחושת ישירה): משמש בעיקר לפיזור חום של נורות LED בעלות עוצמה גבוהה, בעלות מאפיינים של עוצמה גבוהה, מוליכות תרמית גבוהה וביצועים חשמליים גבוהים. דוגמאות למוצרים כוללות נורות LED, נורות UV, נורות COB וכו'.
LAM (Laser Activation Metallization for Hybrid Ceramic Metal Laminate): ניתן להשתמש בו לפיזור חום ואופטימיזציה של ביצועים חשמליים בתאורת LED בעלת הספק גבוה, מודולי כוח, כלי רכב חשמליים ותחומים אחרים. דוגמאות למוצרים כוללות נורות LED, מודולי כוח, מנהלי התקנים של מנועים לרכב חשמלי וכו'.
לוח מעגלים מודפס FR4
לוחות נשא IC, לוחות Rigid-Flex ולוחות HDI עיוור/קבורה הם סוגים נפוצים של מעגלים מודפסים, אשר מיושמים בתעשיות ובמוצרים שונים כדלקמן:
לוח נשא מעגלים משולבים: זהו לוח מעגלים מודפס נפוץ, המשמש בעיקר לבדיקת שבבים וייצור במכשירים אלקטרוניים. יישומים נפוצים כוללים ייצור מוליכים למחצה, ייצור אלקטרוניקה, תעופה וחלל, צבא ותחומים אחרים.
לוח קשיח-גמיש: זהו לוח מחומר מרוכב 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.
לוח HDI עיוור/קבור: זהו לוח מעגל מודפס בעל צפיפות גבוהה, צפיפות קו גבוהה יותר וצמצם קטן יותר כדי להשיג אריזות קטנות יותר וביצועים גבוהים יותר. יישומים נפוצים כוללים תקשורת ניידת, מחשבים, מוצרי אלקטרוניקה ותחומים אחרים.
