การผลิตแผงวงจรเซรามิก: ใช้วัสดุอะไรบ้าง?

ในบล็อกโพสต์นี้ เราจะสำรวจวัสดุหลักที่ใช้ในการผลิตแผงวงจรเซรามิก และหารือเกี่ยวกับความสำคัญของวัสดุเหล่านี้ในการบรรลุประสิทธิภาพสูงสุด

ในการผลิตแผงวงจรเซรามิก วัสดุหลากหลายมีบทบาทสำคัญในการรับประกันการทำงานและความน่าเชื่อถือ แผงวงจรเซรามิกหรือที่รู้จักในชื่อแผงวงจรพิมพ์เซรามิก (PCB) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงอิเล็กทรอนิกส์ การบินและอวกาศ และยานยนต์ เนื่องจากมีการนำความร้อนที่ดีเยี่ยม อุณหภูมิในการทำงานสูง และคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่เหนือกว่า

แผงวงจรเซรามิกส่วนใหญ่ประกอบด้วยส่วนผสมของวัสดุเซรามิกและโลหะ ซึ่งได้รับการคัดสรรมาอย่างพิถีพิถันเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของการใช้งานที่แตกต่างกัน

1. พื้นผิวเซรามิก:

รากฐานของแผงวงจรเซรามิกคือซับสเตรตเซรามิก ซึ่งเป็นรากฐานสำหรับส่วนประกอบอื่นๆ ทั้งหมด อลูมิเนียมออกไซด์ (Al2O3) และอลูมิเนียมไนไตรด์ (AlN) เป็นวัสดุเซรามิกที่ใช้กันมากที่สุด อลูมินามีความแข็งแรงเชิงกลที่ดีเยี่ยม มีการนำความร้อนสูง และมีฉนวนไฟฟ้าที่ดี ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย ในทางกลับกัน อะลูมิเนียมไนไตรด์มีคุณสมบัติการนำความร้อนและการขยายตัวทางความร้อนที่ดีเยี่ยม ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการการกระจายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ

2. ร่องรอยสื่อกระแสไฟฟ้า:

ร่องรอยสื่อกระแสไฟฟ้ามีหน้าที่ในการส่งสัญญาณไฟฟ้าระหว่างส่วนประกอบต่างๆ บนแผงวงจร ในแผงวงจรเซรามิก ตัวนำโลหะ เช่น ทอง เงิน หรือทองแดงถูกนำมาใช้เพื่อสร้างร่องรอยเหล่านี้ โลหะเหล่านี้ถูกเลือกเนื่องจากมีการนำไฟฟ้าสูงและความเข้ากันได้กับพื้นผิวเซรามิก โดยทั่วไปแล้ว ทองคำได้รับความนิยมเนื่องจากมีความทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยมและมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่เสถียร โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานที่มีความถี่สูง

3. ชั้นอิเล็กทริก:

ชั้นอิเล็กทริกมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อฉนวนตัวนำไฟฟ้าและป้องกันการรบกวนสัญญาณและการลัดวงจร วัสดุอิเล็กทริกทั่วไปที่ใช้ในแผงวงจรเซรามิกคือแก้ว แก้วมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมและสามารถวางตัวเป็นชั้นบางๆ บนพื้นผิวเซรามิกได้ นอกจากนี้ ชั้นกระจกยังสามารถปรับแต่งให้มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกเฉพาะ ทำให้สามารถควบคุมคุณสมบัติทางไฟฟ้าของแผงวงจรได้อย่างแม่นยำ

4. หน้ากากประสานและการรักษาพื้นผิว:

หน้ากากประสานถูกติดไว้ด้านบนของรอยนำไฟฟ้าเพื่อปกป้องจากปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม เช่น ฝุ่น ความชื้น และออกซิเดชัน โดยทั่วไป หน้ากากเหล่านี้ทำจากวัสดุประเภทอีพอกซีหรือโพลียูรีเทน ซึ่งให้ฉนวนและการป้องกัน ใช้การปรับสภาพพื้นผิว เช่น ดีบุกจุ่มหรือการชุบทอง เพื่อเพิ่มความสามารถในการบัดกรีของบอร์ด และป้องกันการเกิดออกซิเดชันของรอยทองแดงที่สัมผัสออก

5. ผ่านวัสดุอุด:

Vias คือรูเล็กๆ ที่เจาะผ่านแผงวงจรสำหรับเชื่อมต่อไฟฟ้าระหว่างชั้นต่างๆ ของบอร์ด ในแผงวงจรเซรามิก มีการใช้วัสดุเติมเพื่ออุดรูเหล่านี้และรับประกันการนำไฟฟ้าที่เชื่อถือได้ วัสดุอุดที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ เพสต์ที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าหรือตัวเติมที่ทำจากเงิน ทองแดง หรืออนุภาคโลหะอื่นๆ ผสมกับตัวเติมแก้วหรือเซรามิก การผสมผสานนี้ให้ความเสถียรทางไฟฟ้าและทางกล ทำให้มั่นใจได้ถึงการเชื่อมต่อที่แข็งแกร่งระหว่างชั้นต่างๆ

โดยสรุป

การผลิตแผงวงจรเซรามิกเกี่ยวข้องกับการผสมผสานระหว่างวัสดุเซรามิก โลหะ และสารพิเศษอื่นๆ อะลูมิเนียมออกไซด์และอะลูมิเนียมไนไตรด์ถูกใช้เป็นพื้นผิว ในขณะที่โลหะ เช่น ทอง เงิน และทองแดง ถูกใช้เป็นตัวนำไฟฟ้า แก้วทำหน้าที่เป็นวัสดุอิเล็กทริกที่ให้ฉนวนไฟฟ้า และหน้ากากประสานอีพอกซีหรือโพลียูรีเทนจะช่วยปกป้องร่องรอยการนำไฟฟ้า การเชื่อมต่อระหว่างชั้นต่างๆ เกิดขึ้นผ่านวัสดุอุดที่ประกอบด้วยสารตัวเติมและสารตัวเติมที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า

การทำความเข้าใจวัสดุที่ใช้ในการผลิตแผงวงจรเซรามิกถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับวิศวกรและนักออกแบบในการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ การเลือกวัสดุที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับข้อกำหนดการใช้งานเฉพาะ เช่น การนำความร้อน คุณสมบัติทางไฟฟ้า และสภาพแวดล้อม ด้วยการควบคุมคุณสมบัติเฉพาะตัวของวัสดุแต่ละชนิด แผงวงจรเซรามิกจึงยังคงปฏิวัติอุตสาหกรรมต่างๆ อย่างต่อเนื่องด้วยประสิทธิภาพและความทนทานที่เหนือกว่า