การผลิตแผงวงจรเซรามิก ใช้วัสดุอะไร?

ในโพสต์บล็อกนี้ เราจะสำรวจวัสดุหลักที่ใช้ในการผลิตแผงวงจรเซรามิก และหารือเกี่ยวกับความสำคัญของวัสดุเหล่านี้สำหรับการบรรลุประสิทธิภาพที่เหมาะสมที่สุด

ในการผลิตแผงวงจรเซรามิก วัสดุต่างๆ มากมายมีบทบาทสำคัญในการรับประกันการใช้งานและความน่าเชื่อถือของแผงวงจรเซรามิก แผงวงจรเซรามิกหรือที่เรียกอีกอย่างว่าแผงวงจรพิมพ์เซรามิก (PCB) ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงอิเล็กทรอนิกส์ อวกาศ และยานยนต์ เนื่องจากมีการนำความร้อนได้ดีเยี่ยม อุณหภูมิในการทำงานสูง และคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่เหนือกว่า

แผงวงจรเซรามิกส่วนใหญ่ประกอบด้วยวัสดุเซรามิกและโลหะผสมกัน ซึ่งได้รับการคัดเลือกมาอย่างพิถีพิถันเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของการใช้งานที่แตกต่างกัน

1. พื้นผิวเซรามิก:

ฐานรากของแผงวงจรเซรามิกคือพื้นผิวเซรามิกซึ่งเป็นฐานรากสำหรับส่วนประกอบอื่นๆ ทั้งหมด อะลูมิเนียมออกไซด์ (Al2O3) และอะลูมิเนียมไนไตรด์ (AlN) เป็นวัสดุเซรามิกที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด อะลูมินามีความแข็งแรงเชิงกลที่ยอดเยี่ยม การนำความร้อนสูง และเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดี ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย ในทางกลับกัน อะลูมิเนียมไนไตรด์มีคุณสมบัติการนำความร้อนและการขยายตัวเนื่องจากความร้อนได้ดีเยี่ยม ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการการระบายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ

2. เส้นนำไฟฟ้า:

ตัวนำไฟฟ้ามีหน้าที่ในการส่งสัญญาณไฟฟ้าระหว่างส่วนประกอบต่างๆ บนแผงวงจร ในแผงวงจรเซรามิก ตัวนำโลหะ เช่น ทอง เงิน หรือทองแดง ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างตัวนำเหล่านี้ โลหะเหล่านี้ถูกเลือกเนื่องจากมีสภาพนำไฟฟ้าสูงและเข้ากันได้กับพื้นผิวเซรามิก โดยทั่วไปแล้วทองจะได้รับความนิยมเนื่องจากมีความทนทานต่อการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยมและคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่เสถียร โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแอปพลิเคชันความถี่สูง

3. ชั้นไดอิเล็กตริก:

ชั้นไดอิเล็กตริกมีความสำคัญต่อฉนวนของตัวนำและป้องกันสัญญาณรบกวนและไฟฟ้าลัดวงจร วัสดุไดอิเล็กตริกที่ใช้กันทั่วไปในแผงวงจรเซรามิกคือแก้ว แก้วมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมและสามารถเคลือบเป็นชั้นบางๆ บนพื้นผิวเซรามิกได้ นอกจากนี้ ชั้นแก้วยังสามารถปรับแต่งให้มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกที่เฉพาะเจาะจงได้ ทำให้สามารถควบคุมคุณสมบัติทางไฟฟ้าของแผงวงจรได้อย่างแม่นยำ

4. หน้ากากประสานและการบำบัดพื้นผิว:

หน้ากากประสานจะถูกนำไปใช้บนแผ่นตัวนำเพื่อปกป้องจากปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม เช่น ฝุ่น ความชื้น และการเกิดออกซิเดชัน โดยทั่วไปแล้ว หน้ากากประสานเหล่านี้ทำมาจากวัสดุที่มีส่วนประกอบเป็นอีพอกซีหรือโพลียูรีเทนซึ่งให้ฉนวนและการป้องกัน ใช้การเคลือบพื้นผิว เช่น ดีบุกจุ่มหรือการชุบทองเพื่อเพิ่มความสามารถในการบัดกรีของบอร์ดและป้องกันการเกิดออกซิเดชันของแผ่นทองแดงที่เปิดเผย

5. ผ่านวัสดุอุด :

Vias คือรูเล็กๆ ที่เจาะผ่านแผงวงจร ซึ่งช่วยให้เชื่อมต่อไฟฟ้าระหว่างชั้นต่างๆ ของแผงวงจรได้ ในแผงวงจรเซรามิก จะใช้สารอุด Via เพื่ออุดรูเหล่านี้และให้แน่ใจว่ามีการนำไฟฟ้าที่เชื่อถือได้ สารอุด Via ทั่วไป ได้แก่ แป้งหรือสารตัวเติมที่มีสภาพเป็นสื่อไฟฟ้าที่ทำจากเงิน ทองแดง หรืออนุภาคโลหะอื่นๆ ผสมกับสารตัวเติมแก้วหรือเซรามิก การผสมผสานนี้ทำให้มีเสถียรภาพทางไฟฟ้าและทางกล ทำให้มั่นใจได้ว่าชั้นต่างๆ จะเชื่อมต่อกันได้อย่างแข็งแรง

โดยสรุป

การผลิตแผงวงจรเซรามิกเกี่ยวข้องกับการผสมผสานระหว่างวัสดุเซรามิก โลหะ และสารเฉพาะอื่นๆ อะลูมิเนียมออกไซด์และอะลูมิเนียมไนไตรด์ใช้เป็นสารตั้งต้น ในขณะที่โลหะ เช่น ทอง เงิน และทองแดง ใช้สำหรับเส้นนำไฟฟ้า กระจกทำหน้าที่เป็นวัสดุไดอิเล็กตริกซึ่งทำหน้าที่เป็นฉนวนไฟฟ้า และหน้ากากประสานอีพอกซีหรือโพลียูรีเทนจะปกป้องเส้นนำไฟฟ้า การเชื่อมต่อระหว่างชั้นต่างๆ เกิดขึ้นผ่านวัสดุอุดซึ่งประกอบด้วยเพสต์นำไฟฟ้าและสารตัวเติม

การทำความเข้าใจวัสดุที่ใช้ในการผลิตแผงวงจรเซรามิกถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับวิศวกรและนักออกแบบในการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ การเลือกวัสดุที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับข้อกำหนดการใช้งานเฉพาะ เช่น การนำความร้อน คุณสมบัติทางไฟฟ้า และสภาพแวดล้อม ด้วยการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติเฉพาะของวัสดุแต่ละชนิด แผงวงจรเซรามิกจึงปฏิวัติอุตสาหกรรมต่างๆ ด้วยประสิทธิภาพและความทนทานที่เหนือกว่า