Alüminyum Oksit PCB'leri Elektronikte Isıl Yönetimi İyileştirir

Yüksek sıcaklıkların, yüksek frekansların ve zorlu koşulların norm olduğu endüstrilerde, geleneksel baskılı devre kartları (PCB'ler) genellikle yetersiz kalır. Alümina (Al ₂ O ₃ ) seramik PCB'ler, olağanüstü termal, elektriksel ve mekanik özellikler sunarak daha üstün bir alternatif olarak ortaya çıkmıştır. %96 alümina bileşimine sahip bu seramik alt tabakalar, LED aydınlatmadan tıbbi cihazlara kadar çeşitli uygulamalarda giderek daha fazla benimsenmektedir.

Alümina %96 seramik, dengeli performansı ve uygun maliyeti nedeniyle seramik PCB'ler ve paketleme için en yaygın kullanılan malzemedir. Önemli özellikleri şunlardır:

• Termal Yönetim: 22–24 W/mK termal iletkenliği ile alümina, güç elektroniği ve yüksek parlaklıklı LED'ler için kritik öneme sahip olan ısıyı verimli bir şekilde dağıtır veya eşit ısıtmayı sağlar.
• Yüksek Frekans Uyumluluğu: Düşük dielektrik sabiti (1MHz'de 9.8) ve minimum dielektrik kaybı, RF ve mikrodalga uygulamalarında sinyal bütünlüğünü sağlar.
• Mekanik Dayanıklılık: 400 MPa eğilme dayanımı ve sıfıra yakın su emilimi (%0), onu zorlu ortamlar ve hermetik paketleme için ideal hale getirir.
• Termal Kararlılık: Düşük termal genleşme katsayısı (6–8 ppm/°C) ile 350°C'ye kadar çalışır, lehim bağlantı gerilimini azaltır.

Alümina PCB'lerin çok yönlülüğü, özel alanlarda kullanımlarını sağlar:

• LED Aydınlatma: Yüksek yansıtma (%94) ve termal dağılım, parlaklığı ve uzun ömürlülüğü artırır.
• Tıbbi Elektronik: Biyouyumluluk ve güvenilirlik, implante edilebilir ve teşhis cihazları için katı güvenlik standartlarını karşılar.
• Güç Elektroniği: Motor sürücülerinde ve güç dönüştürücülerinde yüksek akım yoğunluklarını yönetir.
• Havacılık ve Otomotiv: Titreşime, termal döngüye ve aşındırıcı ortamlara dayanır.

Alümina alt tabakaları metalize etmek için iki temel yöntem kullanılır:

• Kalın Film Baskı: Çok katmanlı tasarımlar ve yüksek sıcaklık uygulamaları için uygun olan gümüş (Ag) pastaları kullanır.
• Doğrudan Kaplamalı Bakır (DPC): Yüksek güç ve yüksek frekanslı devreler için tercih edilen, üstün iletkenlik için bakır (Cu) elektrokaplama yapar.

ENIG (Elektroless Nikel Daldırma Altın) veya cam bazlı lehim maskeleri gibi yüzey kaplamaları, özellikle kükürt açısından zengin ortamlarda dayanıklılığı daha da artırır.

Alümina PCB'ler geleneksel FR4 kartlarına benzerlik gösterse de, tasarımcılar şunları dikkate almalıdır:

• Termal Genleşme Uyumsuzluğu: Çatlamayı önlemek için bağlı bileşenler için uyumlu malzemeler sağlayın.
• Katman Sınırlamaları: Standart süreçler 4 kata kadar destekler, ancak gelişmiş teknikler daha fazlasına izin verebilir.
• Panel Boyutu: Tipik üretim panelleri 180 × 180 mm (7 × 7 inç) ile sınırlıdır.

Alümina PCB'ler FR4'ten daha pahalı olsa da, entegre tasarımlarda metal çekirdekli alternatiflerden (örneğin, IMS) daha iyi performans gösterirler. Metal çekirdekli PCB'lerdeki dielektrik katmanların termal bariyerini ortadan kaldırarak, alümina, mütevazı iletkenliğine rağmen daha düşük genel termal direnç elde eder.

Maliyet açısından hassas projeler için, kart boyutunu en aza indirmek ve entegrasyon fırsatlarından (örneğin, gömülü bileşenler) yararlanmak, malzeme maliyetlerini dengeleyebilir.