ความแตกต่างระหว่างแผ่นวงจรพิมพ์เซรามิกและแผ่นวงจรพิมพ์ FR4 แบบดั้งเดิม
ก่อนที่จะกล่าวถึงประเด็นนี้ เรามาทำความเข้าใจกันก่อนว่าแผ่นวงจรพิมพ์เซรามิกและแผ่นวงจรพิมพ์ FR4 คืออะไร
แผ่นวงจรเซรามิก หมายถึงแผ่นวงจรชนิดหนึ่งที่ผลิตจากวัสดุเซรามิก หรือที่รู้จักกันในชื่อแผ่นวงจรพิมพ์เซรามิก (Ceramic PCB) แตกต่างจากแผ่นรองพื้นพลาสติกเสริมใยแก้ว (FR-4) ทั่วไป แผ่นวงจรเซรามิกใช้แผ่นรองพื้นเซรามิก ซึ่งให้ความเสถียรต่ออุณหภูมิสูงกว่า ความแข็งแรงเชิงกลดีกว่า คุณสมบัติทางไฟฟ้าดีกว่า และอายุการใช้งานยาวนานกว่า แผ่นวงจรพิมพ์เซรามิกส่วนใหญ่ใช้ในวงจรที่มีอุณหภูมิสูง ความถี่สูง และกำลังสูง เช่น หลอดไฟ LED เครื่องขยายสัญญาณกำลัง เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ ตัวรับส่งสัญญาณ RF เซ็นเซอร์ และอุปกรณ์ไมโครเวฟ
แผ่นวงจรพิมพ์ (Circuit Board) หมายถึงวัสดุพื้นฐานสำหรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ หรือที่รู้จักกันในชื่อ PCB หรือแผ่นวงจรพิมพ์ ทำหน้าที่เป็นตัวกลางสำหรับประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ โดยการพิมพ์ลวดลายวงจรโลหะลงบนพื้นผิวที่ไม่นำไฟฟ้า จากนั้นสร้างเส้นทางนำไฟฟ้าผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การกัดกร่อนทางเคมี การชุบทองแดงด้วยไฟฟ้า และการเจาะรู
ต่อไปนี้เป็นการเปรียบเทียบระหว่าง CCL เซรามิกและ CCL FR4 รวมถึงความแตกต่าง ข้อดี และข้อเสียของทั้งสองชนิด
| ลักษณะเฉพาะ | เซรามิก CCL | FR4 ซีซีแอล |
| ส่วนประกอบของวัสดุ | เซรามิก | เรซินอีพ็อกซีเสริมใยแก้ว |
| การนำไฟฟ้า | เอ็น | และ |
| ค่าการนำความร้อน (W/mK) | 10-210 | 0.25-0.35 |
| ช่วงความหนา | 0.1-3 มม. | 0.1-5 มม. |
| ความยากลำบากในการประมวลผล | สูง | ต่ำ |
| ต้นทุนการผลิต | สูง | ต่ำ |
| ข้อดี | มีเสถียรภาพสูงที่อุณหภูมิสูง มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดี มีความแข็งแรงเชิงกลสูง และมีอายุการใช้งานยาวนาน | วัสดุทั่วไป ต้นทุนการผลิตต่ำ แปรรูปง่าย เหมาะสำหรับงานที่มีความถี่ต่ำ |
| ข้อเสีย | ต้นทุนการผลิตสูง กระบวนการแปรรูปซับซ้อน เหมาะสำหรับใช้งานกับความถี่สูงหรือกำลังสูงเท่านั้น | ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกไม่คงที่ การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิมาก ความแข็งแรงเชิงกลต่ำ และไวต่อความชื้น |
| กระบวนการ | ปัจจุบัน มี CCL เซรามิกกันความร้อนอยู่ 5 ประเภทหลัก ได้แก่ HTCC, LTCC, DBC, DPC, LAM เป็นต้น | แผงวงจรตัวนำ IC, แผงวงจร Rigid-Flex, แผงวงจร HDI แบบฝัง/ซ่อน, แผงวงจรด้านเดียว, แผงวงจรสองด้าน, แผงวงจรหลายชั้น |
แผงวงจรพิมพ์เซรามิก
ขอบเขตการใช้งานของวัสดุต่างๆ:
เซรามิกอลูมินา (Al2O3): มีคุณสมบัติเป็นฉนวนที่ดีเยี่ยม มีเสถียรภาพที่อุณหภูมิสูง มีความแข็ง และมีความแข็งแรงเชิงกลสูง จึงเหมาะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง
เซรามิกอะลูมิเนียมไนไตรด์ (AlN): ด้วยค่าการนำความร้อนสูงและเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี จึงเหมาะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูงและงานด้านไฟ LED
เซรามิกเซอร์โคเนีย (ZrO2): มีความแข็งแรงสูง ความแข็งสูง และทนต่อการสึกหรอ จึงเหมาะสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูง
ขอบเขตการประยุกต์ใช้ของกระบวนการต่างๆ:
HTCC (เซรามิกเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง): เหมาะสำหรับงานที่ต้องการอุณหภูมิสูงและกำลังสูง เช่น อิเล็กทรอนิกส์กำลัง การบินและอวกาศ การสื่อสารผ่านดาวเทียม การสื่อสารด้วยแสง อุปกรณ์ทางการแพทย์ อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ ปิโตรเคมี และอุตสาหกรรมอื่นๆ ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ ได้แก่ LED กำลังสูง เครื่องขยายสัญญาณกำลัง ตัวเหนี่ยวนำ เซ็นเซอร์ ตัวเก็บประจุสำหรับเก็บพลังงาน เป็นต้น
LTCC (เซรามิกเผาที่อุณหภูมิต่ำ): เหมาะสำหรับการผลิตอุปกรณ์ไมโครเวฟ เช่น RF, เสาอากาศไมโครเวฟ, เซ็นเซอร์, ตัวกรอง, ตัวแบ่งกำลังไฟฟ้า ฯลฯ นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในด้านการแพทย์ ยานยนต์ การบินและอวกาศ การสื่อสาร อิเล็กทรอนิกส์ และสาขาอื่นๆ ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ ได้แก่ โมดูลไมโครเวฟ โมดูลเสาอากาศ เซ็นเซอร์ความดัน เซ็นเซอร์ก๊าซ เซ็นเซอร์ความเร่ง ตัวกรองไมโครเวฟ ตัวแบ่งกำลังไฟฟ้า ฯลฯ
DBC (Direct Bond Copper): เหมาะสำหรับการระบายความร้อนของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง (เช่น IGBT, MOSFET, GaN, SiC เป็นต้น) ด้วยคุณสมบัติการนำความร้อนและความแข็งแรงเชิงกลที่ดีเยี่ยม ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ ได้แก่ โมดูลกำลังไฟฟ้า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง ตัวควบคุมรถยนต์ไฟฟ้า เป็นต้น
DPC (Direct Plate Copper Multilayer Printed Circuit Board): ใช้สำหรับระบายความร้อนของหลอดไฟ LED กำลังสูงเป็นหลัก โดยมีคุณสมบัติเด่นคือ ความสว่างสูง การนำความร้อนสูง และประสิทธิภาพทางไฟฟ้าสูง ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ได้แก่ หลอดไฟ LED, UV LED, COB LED เป็นต้น
LAM (Laser Activation Metallization for Hybrid Ceramic Metal Laminate): สามารถใช้สำหรับการระบายความร้อนและเพิ่มประสิทธิภาพทางไฟฟ้าในไฟ LED กำลังสูง โมดูลพลังงาน ยานยนต์ไฟฟ้า และสาขาอื่นๆ ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ ได้แก่ ไฟ LED โมดูลพลังงาน ตัวขับมอเตอร์ยานยนต์ไฟฟ้า เป็นต้น
แผงวงจรพิมพ์ FR4
แผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ แผงวงจร IC carrier boards, แผงวงจร Rigid-Flex boards และแผงวงจร HDI blind/buried via boards ซึ่งนำไปใช้ในอุตสาหกรรมและผลิตภัณฑ์ต่างๆ ดังต่อไปนี้:
แผงวงจรไอซี (IC carrier board): เป็นแผงวงจรพิมพ์ที่ใช้กันทั่วไป โดยส่วนใหญ่ใช้สำหรับการทดสอบและการผลิตชิปในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ การใช้งานทั่วไป ได้แก่ การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ การผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อวกาศ การทหาร และสาขาอื่นๆ
แผงวงจร Rigid-Flex: เป็นแผงวงจรผสมที่รวมเอา FPC เข้ากับ PCB แบบแข็ง ทำให้ได้ข้อดีของทั้งแผงวงจรแบบยืดหยุ่นและแบบแข็ง การใช้งานทั่วไป ได้แก่ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค อุปกรณ์ทางการแพทย์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ อวกาศ และสาขาอื่นๆ
แผงวงจรพิมพ์ HDI (High-Density Interconnect) หรือแผงวงจรพิมพ์ที่มีการเชื่อมต่อความหนาแน่นสูง มีความหนาแน่นของเส้นเชื่อมต่อสูงกว่า และมีช่องเปิดเล็กกว่า เพื่อให้ได้ขนาดบรรจุภัณฑ์ที่เล็กลงและประสิทธิภาพที่สูงขึ้น การใช้งานทั่วไป ได้แก่ การสื่อสารเคลื่อนที่ คอมพิวเตอร์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค และสาขาอื่นๆ
