Sự khác biệt giữa mạch in gốm (Ceramic PCB) và mạch in FR4 truyền thống (FR4 PCB)
Trước khi thảo luận về vấn đề này, chúng ta hãy cùng tìm hiểu PCB gốm là gì và PCB FR4 là gì.
Mạch in gốm (Ceramic Circuit Board - PCB) là loại mạch in được sản xuất dựa trên vật liệu gốm. Khác với các chất nền nhựa gia cường sợi thủy tinh (FR-4) thông thường, mạch in gốm sử dụng chất nền gốm, mang lại độ ổn định nhiệt cao hơn, độ bền cơ học tốt hơn, tính chất điện môi tốt hơn và tuổi thọ cao hơn. PCB gốm chủ yếu được sử dụng trong các mạch nhiệt độ cao, tần số cao và công suất cao, chẳng hạn như đèn LED, bộ khuếch đại công suất, laser bán dẫn, bộ thu phát RF, cảm biến và thiết bị vi sóng.
Mạch in (Circuit Board) là vật liệu cơ bản dùng để chế tạo các linh kiện điện tử, thường được gọi là PCB hoặc bảng mạch in. Nó đóng vai trò là chất nền để lắp ráp các linh kiện điện tử bằng cách in các mẫu mạch kim loại lên chất nền không dẫn điện, sau đó tạo ra các đường dẫn điện thông qua các quy trình như ăn mòn hóa học, mạ đồng điện phân và khoan.
Sau đây là bảng so sánh giữa kính áp tròng gốm (ceramic CCL) và kính áp tròng FR4 (FR4 CCL), bao gồm những điểm khác biệt, ưu điểm và nhược điểm của chúng.
| Đặc trưng | CCL gốm | FR4 CCL |
| Thành phần vật liệu | Gốm sứ | Nhựa epoxy gia cường sợi thủy tinh |
| Độ dẫn điện | N | VÀ |
| Độ dẫn nhiệt (W/mK) | 10-210 | 0,25-0,35 |
| Phạm vi độ dày | 0,1-3mm | 0,1-5mm |
| Khó khăn trong xử lý | Cao | Thấp |
| Chi phí sản xuất | Cao | Thấp |
| Thuận lợi | Độ ổn định ở nhiệt độ cao tốt, hiệu suất điện môi tốt, độ bền cơ học cao và tuổi thọ sử dụng lâu dài. | Vật liệu thông thường, chi phí sản xuất thấp, dễ gia công, phù hợp cho các ứng dụng tần số thấp. |
| Nhược điểm | Chi phí sản xuất cao, gia công khó khăn, chỉ phù hợp với các ứng dụng tần số cao hoặc công suất cao. | Hằng số điện môi không ổn định, thay đổi nhiệt độ lớn, độ bền cơ học thấp và dễ bị ảnh hưởng bởi độ ẩm. |
| Quy trình | Hiện nay, có năm loại CCL nhiệt gốm thông dụng, bao gồm HTCC, LTCC, DBC, DPC, LAM, v.v. | Bo mạch chủ IC, bo mạch cứng-mềm, bo mạch HDI có lỗ xuyên chìm/mù, bo mạch một mặt, bo mạch hai mặt, bo mạch nhiều lớp |
PCB gốm
Các lĩnh vực ứng dụng của các loại vật liệu khác nhau:
Gốm alumina (Al2O3): Có khả năng cách điện tuyệt vời, ổn định ở nhiệt độ cao, độ cứng và độ bền cơ học cao, phù hợp cho các thiết bị điện tử công suất cao.
Gốm nhôm nitrua (AlN): Với độ dẫn nhiệt cao và độ ổn định nhiệt tốt, vật liệu này phù hợp cho các thiết bị điện tử công suất cao và lĩnh vực chiếu sáng LED.
Gốm sứ Zirconia (ZrO2): có độ bền cao, độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tốt, thích hợp cho các thiết bị điện cao áp.
Các lĩnh vực ứng dụng của các quy trình khác nhau:
HTCC (Gốm nung ở nhiệt độ cao): Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao và công suất cao, chẳng hạn như điện tử công suất, hàng không vũ trụ, truyền thông vệ tinh, truyền thông quang học, thiết bị y tế, điện tử ô tô, hóa dầu và các ngành công nghiệp khác. Ví dụ về sản phẩm bao gồm đèn LED công suất cao, bộ khuếch đại công suất, cuộn cảm, cảm biến, tụ điện lưu trữ năng lượng, v.v.
Gốm nung ở nhiệt độ thấp (LTCC): Thích hợp cho việc sản xuất các thiết bị vi sóng như RF, vi sóng, anten, cảm biến, bộ lọc, bộ chia công suất, v.v. Ngoài ra, nó cũng có thể được sử dụng trong y tế, ô tô, hàng không vũ trụ, truyền thông, điện tử và các lĩnh vực khác. Ví dụ về sản phẩm bao gồm các mô-đun vi sóng, mô-đun anten, cảm biến áp suất, cảm biến khí, cảm biến gia tốc, bộ lọc vi sóng, bộ chia công suất, v.v.
DBC (Direct Bond Copper): Thích hợp cho việc tản nhiệt các thiết bị bán dẫn công suất cao (như IGBT, MOSFET, GaN, SiC, v.v.) với khả năng dẫn nhiệt và độ bền cơ học tuyệt vời. Ví dụ về sản phẩm bao gồm các mô-đun nguồn, thiết bị điện tử công suất, bộ điều khiển xe điện, v.v.
DPC (Direct Plate Copper Multilayer Printed Circuit Board): chủ yếu được sử dụng để tản nhiệt cho đèn LED công suất cao với các đặc điểm như cường độ sáng cao, dẫn nhiệt cao và hiệu suất điện cao. Ví dụ về sản phẩm bao gồm đèn LED, đèn LED UV, đèn LED COB, v.v.
LAM (Laser Activation Metallization for Hybrid Ceramic Metal Laminate): có thể được sử dụng để tản nhiệt và tối ưu hóa hiệu suất điện trong đèn LED công suất cao, mô-đun nguồn, xe điện và các lĩnh vực khác. Ví dụ về sản phẩm bao gồm đèn LED, mô-đun nguồn, bộ điều khiển động cơ xe điện, v.v.
PCB FR4
Các loại mạch in (PCB) thường dùng bao gồm: bo mạch chủ IC, bo mạch cứng-mềm và bo mạch HDI có lỗ xuyên mù/chôn, được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp và sản phẩm khác nhau như sau:
Bo mạch chủ IC: Đây là loại bo mạch in thông dụng, chủ yếu được sử dụng để kiểm tra và sản xuất chip trong các thiết bị điện tử. Các ứng dụng phổ biến bao gồm sản xuất chất bán dẫn, sản xuất điện tử, hàng không vũ trụ, quân sự và các lĩnh vực khác.
Bo mạch cứng-mềm: Đây là loại bo mạch vật liệu tổng hợp kết hợp giữa FPC (bo mạch mềm dẻo) và PCB cứng, mang lại ưu điểm của cả hai loại bo mạch. Ứng dụng phổ biến bao gồm thiết bị điện tử tiêu dùng, thiết bị y tế, điện tử ô tô, hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác.
Bo mạch HDI (blind/buried via board): Đây là loại bo mạch in kết nối mật độ cao với mật độ đường dẫn cao hơn và lỗ nhỏ hơn để đạt được kích thước nhỏ gọn hơn và hiệu năng cao hơn. Các ứng dụng phổ biến bao gồm truyền thông di động, máy tính, thiết bị điện tử tiêu dùng và các lĩnh vực khác.
