Papan Sirkuit Cetak (PCB) Aluminium Oksida Meningkatkan Manajemen Termal dalam Elektronik

Dalam industri di mana suhu tinggi, frekuensi tinggi, dan kondisi keras adalah hal yang biasa, papan sirkuit cetak (PCB) konvensional seringkali tidak memadai. PCB keramik Alumina (Al ₂ O ₃ ) telah muncul sebagai alternatif yang unggul, menawarkan sifat termal, listrik, dan mekanik yang luar biasa. Dengan komposisi 96% alumina, substrat keramik ini semakin banyak diadopsi di berbagai aplikasi, mulai dari pencahayaan LED hingga perangkat medis.

Keramik alumina 96% adalah bahan yang paling banyak digunakan untuk PCB dan pengemasan keramik karena kinerja dan efektivitas biayanya yang seimbang. Sifat-sifatnya yang penting meliputi:

• Manajemen Termal: Dengan konduktivitas termal 22–24 W/mK, alumina secara efisien membuang panas atau memungkinkan pemanasan yang seragam, yang sangat penting untuk elektronik daya dan LED kecerahan tinggi.
• Kompatibilitas Frekuensi Tinggi: Konstanta dielektrik rendah (9,8 pada 1MHz) dan kehilangan dielektrik minimal memastikan integritas sinyal dalam aplikasi RF dan microwave.
• Kekokohan Mekanik: Kekuatan lentur 400 MPa dan penyerapan air mendekati nol (0%) membuatnya ideal untuk lingkungan yang keras dan pengemasan hermetik.
• Stabilitas Termal: Beroperasi hingga 350°C dengan koefisien ekspansi termal rendah (6–8 ppm/°C), mengurangi tegangan sambungan solder.

Keserbagunaan PCB alumina memungkinkan penggunaannya di bidang khusus:

• Pencahayaan LED: Reflektivitas tinggi (94%) dan pembuangan panas meningkatkan luminositas dan umur panjang.
• Elektronik Medis: Biokompatibilitas dan keandalan memenuhi standar keselamatan yang ketat untuk perangkat implan dan diagnostik.
• Elektronik Daya: Menangani kepadatan arus tinggi dalam penggerak motor dan konverter daya.
• Dirgantara dan Otomotif: Tahan terhadap getaran, siklus termal, dan lingkungan korosif.

Dua metode utama digunakan untuk memetalisasi substrat alumina:

• Pencetakan Film Tebal: Menggunakan pasta perak (Ag), cocok untuk desain multilayer dan aplikasi suhu tinggi.
• Tembaga Berlapis Langsung (DPC): Menggunakan elektroplating tembaga (Cu) untuk konduktivitas yang unggul, lebih disukai untuk sirkuit daya tinggi dan frekuensi tinggi.

Lapisan akhir permukaan seperti ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) atau masker solder berbasis kaca selanjutnya meningkatkan daya tahan, terutama di lingkungan yang kaya sulfur.

Meskipun PCB alumina memiliki kesamaan dengan papan FR4 tradisional, desainer harus memperhitungkan:

• Ketidakcocokan Ekspansi Termal: Pastikan bahan yang kompatibel untuk komponen yang terpasang untuk menghindari retak.
• Batasan Lapisan: Proses standar mendukung hingga 4 lapisan, meskipun teknik canggih dapat memungkinkan lebih banyak.
• Ukuran Panel: Panel produksi tipikal maksimal 180 × 180 mm (7 × 7 inci).

Meskipun PCB alumina lebih mahal daripada FR4, mereka mengungguli alternatif inti logam (misalnya, IMS) dalam desain terintegrasi. Dengan menghilangkan penghalang termal lapisan dielektrik pada PCB inti logam, alumina mencapai resistansi termal keseluruhan yang lebih rendah meskipun konduktivitasnya sedang.

Untuk proyek yang sensitif terhadap biaya, meminimalkan ukuran papan dan memanfaatkan peluang integrasi (misalnya, komponen tertanam) dapat mengimbangi biaya material.