2025-10-28
การออกแบบ PCB เซรามิกไม่ได้เป็นเพียงการเลือกวัสดุ "ประสิทธิภาพสูง" เท่านั้น แต่ยังเกี่ยวกับการแปลความต้องการในการใช้งานให้เป็นรายละเอียดที่สามารถนำไปปฏิบัติได้: การเลือกเซรามิกที่เหมาะสมสำหรับงบประมาณการระบายความร้อนของคุณ เพิ่มประสิทธิภาพการกำหนดเส้นทางการติดตามเพื่อลด EMI ลง 40% หรือปรับแต่งผ่านการออกแบบเพื่อให้อยู่รอดได้ 10,000 รอบความร้อน วิศวกรจำนวนมากเกินไปหยุดที่ "การเลือก AlN" หรือ "การใช้ LTCC" และมองข้ามความแตกต่างเล็กๆ น้อยๆ ที่ทำให้การออกแบบ "เชิงฟังก์ชัน" กลายเป็นแบบ "เชื่อถือได้และคุ้มค่า"
คู่มือปี 2025 นี้จะอธิบายเส้นทางการเพิ่มประสิทธิภาพ PCB เซรามิกแบบเต็มรูปแบบ ตั้งแต่การเลือกวัสดุและการเรียงซ้อน (ขั้นตอนพื้นฐาน) ไปจนถึงการใช้งานจริง (รายละเอียดที่ป้องกันความล้มเหลว) เราแจกแจงกลยุทธ์การปรับให้เหมาะสมที่สำคัญ 7 ประการที่ผู้ผลิตชั้นนำใช้ เช่น LT CIRCUIT เพื่อลดอัตราความล้มเหลวลง 80% และลดต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ (TCO) ลง 30% ไม่ว่าคุณกำลังออกแบบอินเวอร์เตอร์ EV การปลูกถ่ายทางการแพทย์ หรือโมดูล 5G mmWave แผนงานนี้จะช่วยให้คุณหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดทั่วไปและเพิ่มประสิทธิภาพ PCB เซรามิกให้สูงสุด
ประเด็นสำคัญ
1. การเลือกคือการสร้างหรือทำลาย: ไม่ต้องสนใจการแลกเปลี่ยนระหว่างการนำความร้อนกับต้นทุน (เช่น AlN เทียบกับ Al₂O₃) และคุณจะใช้จ่ายเกิน 50% หรือเผชิญกับอัตราความล้มเหลว 30%
2.รายละเอียดความร้อนขับเคลื่อนความน่าเชื่อถือ: การระบายความร้อน 0.2 มม. ผ่านพิทช์ (เทียบกับ 0.5 มม.) ช่วยลดอุณหภูมิฮอตสปอตลง 25°C ในอินเวอร์เตอร์ EV
3.การเพิ่มประสิทธิภาพ EMI ไม่ใช่ทางเลือก: PCB เซรามิกต้องใช้ทองแดงที่มีการต่อสายดิน + กระป๋องป้องกันเพื่อตัดครอสทอล์คลง 60% ในการออกแบบความถี่สูง
4.การปรับแต่งทางกลไกป้องกันการแตกร้าว: การลบมุมขอบ (รัศมี 0.5 มม.) + วัสดุคอมโพสิตที่ยืดหยุ่นช่วยลดความล้มเหลวที่เกี่ยวข้องกับความเปราะบางของเซรามิกได้ถึง 90% ในการใช้งานที่เสี่ยงต่อการสั่นสะเทือน
5.การทำงานร่วมกันของผู้ผลิตเป็นสิ่งสำคัญ: การแบ่งปันการจำลองความร้อนล่วงหน้าจะหลีกเลี่ยงความล้มเหลวในการสร้างต้นแบบได้ 20% (เช่น พารามิเตอร์การเผาผนึกที่ไม่ตรงกัน)
บทนำ: เหตุใดการเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ PCB เซรามิกจึงล้มเหลว (และวิธีแก้ไข)
การออกแบบ PCB เซรามิกส่วนใหญ่ล้มเหลวไม่ได้เกิดจากวัสดุที่ไม่ดี แต่เป็นเพราะ "ช่องว่างรายละเอียด":
ก. ผู้ออกแบบอินเวอร์เตอร์ EV เลือก AlN (170 W/mK) แต่ข้ามจุดผ่านความร้อน เนื่องจากจุดร้อนสูงถึง 180°C ส่งผลให้ข้อต่อบัดกรีเสียหาย
ทีมแพทย์ปลูกถ่ายของ bA เลือก ZrO₂ ที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ แต่ใช้การโค้งงอที่คมชัด ความเข้มข้นของความเครียดส่งผลให้ PCB แตกร้าว 25% ในระหว่างการปลูกถ่าย
วิศวกร cA 5G ใช้ LTCC สำหรับ mmWave แต่ไม่สนใจการควบคุมอิมพีแดนซ์—การสูญเสียสัญญาณแตะ 0.8 dB/in (เทียบกับเป้าหมาย 0.3 dB/in) ทำให้ช่วงครอบคลุมลดลง
วิธีแก้ปัญหา? กระบวนการปรับให้เหมาะสมที่มีโครงสร้างซึ่งเชื่อมโยงการเลือก (วัสดุ การเรียงซ้อน) เข้ากับการใช้งาน (จุดผ่านความร้อน การกำหนดเส้นทางการติดตาม ความคลาดเคลื่อนในการผลิต) ด้านล่างนี้ เราแบ่งกระบวนการนี้เป็นขั้นตอนที่สามารถดำเนินการได้ ซึ่งสนับสนุนโดยข้อมูล ตาราง และการแก้ไขในโลกแห่งความเป็นจริง
บทที่ 1: การเพิ่มประสิทธิภาพการเลือก PCB เซรามิก - รากฐานแห่งความสำเร็จ
การเลือก (ตัวเลือกวัสดุและการวางซ้อนกัน) เป็นขั้นตอนแรกและสำคัญที่สุดในการเพิ่มประสิทธิภาพ เลือกเซรามิกผิด และไม่มีการปรับแต่งรายละเอียดใดๆ ที่จะบันทึกการออกแบบของคุณได้
1.1 ปัจจัยในการเลือกที่สำคัญ (อย่าตรึงเฉพาะการนำความร้อนเท่านั้น!)
| ปัจจัย | ทำไมมันถึงสำคัญ | คำถามที่ต้องถามก่อนเลือก |
|---|---|---|
| การนำความร้อน | กำหนดการกระจายความร้อน (สำคัญสำหรับการออกแบบกำลังสูง) | “การออกแบบของฉันต้องการ 170 W/mK (AlN) หรือ 24 W/mK (Al₂O₃) หรือไม่” |
| อุณหภูมิในการทำงาน | PCB เซรามิกจะเสื่อมสภาพเกินอุณหภูมิสูงสุด (เช่น ZrO₂ = 250°C) | “PCB จะมีอุณหภูมิสูงเกิน 200°C หรือไม่ (หากใช่ ให้หลีกเลี่ยง Al₂O₃)” |
| ความเข้ากันได้ทางชีวภาพ | การออกแบบที่ฝังได้ต้องเป็นไปตามมาตรฐาน ISO 10993 | “PCB นี้สำหรับการฝังของมนุษย์หรือไม่ (ถ้าใช่ มีเพียง ZrO₂ เท่านั้น)” |
| ความเสถียรของความถี่ | การออกแบบความถี่สูงจำเป็นต้องมีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกที่เสถียร (Dk) (เช่น LTCC = 7.8 ±2%) | “สัญญาณจะเกิน 10 GHz หรือไม่ (หากใช่ ให้หลีกเลี่ยง Al₂O₃)” |
| งบประมาณต้นทุน | AlN มีราคา 2x Al₂O₃; ZrO₂ มีราคา 3x AlN | “ฉันสามารถประหยัด 50% ด้วย Al₂O₃ โดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพได้หรือไม่” |
| ความยืดหยุ่นทางกล | เซรามิกมีความเปราะ การออกแบบที่ยืดหยุ่นต้องใช้วัสดุผสม | “PCB จะโค้งงอหรือไม่ (ถ้าใช่ ให้ใช้คอมโพสิต ZrO₂-PI)” |
1.2 คู่มือการเลือกวัสดุเซรามิก (พร้อมการใช้งานที่ตรงกัน)
| วัสดุเซรามิก | คุณสมบัติที่สำคัญ | การใช้งานในอุดมคติ | ข้อผิดพลาดในการเลือกที่ควรหลีกเลี่ยง |
|---|---|---|---|
| อะลูมิเนียมไนไตรด์ (AlN) | 170–220 W/mK, 15kV/มม. ความเป็นฉนวน | อินเวอร์เตอร์ EV, เครื่องขยายสัญญาณ 5G, IGBT กำลังสูง | การใช้ AlN สำหรับการออกแบบที่ใช้พลังงานต่ำ (ใช้จ่ายเกิน 100%) |
| อะลูมิเนียมออกไซด์ (Al₂O₃) | 24–29 W/mK, $2–$5/ตร.ม. ค่าใช้จ่าย | เซ็นเซอร์อุตสาหกรรม ไฟ LED อินเวอร์เตอร์พลังงานต่ำ | การใช้ Al₂O₃ สำหรับการออกแบบ >100W (เสี่ยงต่อความร้อนสูงเกินไป) |
| เซอร์โคเนีย (ZrO₂) | เป็นไปตามมาตรฐาน ISO 10993, ความต้านทานแรงดัดงอ 1200–1500 MPa | การปลูกถ่ายทางการแพทย์ อุปกรณ์ทันตกรรม | การใช้ ZrO₂ สำหรับการออกแบบกำลังสูง (การนำความร้อนต่ำ) |
| LTCC (แบบใช้อัล₂O₃) | Dk=7.8 ที่เสถียร แฝงแฝง | โมดูล 5G mmWave, ตัวรับส่งสัญญาณ RF ขนาดเล็ก | การใช้ LTCC สำหรับสภาพแวดล้อม >800°C (ลดลงเหนือ 850°C) |
| HTCC (แบบ Si₃N₄) | ความต้านทาน 1200°C+, ชุบแข็งด้วยรังสี 100 krad | เซ็นเซอร์การบินและอวกาศ เครื่องตรวจสอบนิวเคลียร์ | การใช้ HTCC สำหรับการออกแบบที่คำนึงถึงต้นทุน (แพงกว่า Al₂O₃ 5 เท่า) |
1.3 การเพิ่มประสิทธิภาพการเลือกเลเยอร์ซ้อน
การเรียงซ้อน PCB เซรามิกไม่ได้เป็นเพียง "การเพิ่มเลเยอร์" เท่านั้น แต่ยังเกี่ยวกับการรักษาสมดุลของการไหลของความร้อน ความสมบูรณ์ของสัญญาณ และต้นทุน ด้านล่างนี้คือสแต็กอัปที่ได้รับการปรับปรุงสำหรับแอปพลิเคชันหลัก:
ตัวอย่างการซ้อนกันสำหรับกรณีการใช้งานแบบกำหนดเป้าหมาย
| แอปพลิเคชัน | ซ้อนเลเยอร์ | เหตุผล |
|---|---|---|
| อินเวอร์เตอร์ EV (AlN DCB) | ด้านบน: 2oz Cu (ร่องรอยพลังงาน) → พื้นผิว AlN (0.6 มม.) → ด้านล่าง: 2oz Cu (ระนาบกราวด์) | เพิ่มการไหลเวียนความร้อนสูงสุดจากแหล่งพลังงานไปยังสารตั้งต้น ทองแดงหนารับกระแสสูง |
| 5G มม.เวฟ (LTCC) | เลเยอร์ 1: การติดตาม RF (Cu) → เลเยอร์ 2: กราวด์ → เลเยอร์ 3: ตัวเก็บประจุแบบฝัง → เลเยอร์ 4: กราวด์ → เลเยอร์ 5: การติดตาม RF | ระนาบกราวด์แยกสัญญาณ RF; พาสซีฟที่ฝังอยู่จะลดขนาดลง 40% |
| การปลูกถ่ายทางการแพทย์ (ZrO₂) | ด้านบน: 1 ออนซ์ Au (เข้ากันได้ทางชีวภาพ) → พื้นผิว ZrO₂ (0.3 มม.) → ด้านล่าง: 1 ออนซ์ Au (กราวด์) | วัสดุพิมพ์บางช่วยลดขนาดรากฟันเทียม ทองช่วยให้มั่นใจได้ถึงความเข้ากันได้ทางชีวภาพ |
เคล็ดลับการเพิ่มประสิทธิภาพ Stackup:
สำหรับการออกแบบที่มีกำลังสูง ให้วางระนาบกราวด์ไว้ใต้แนวกำลัง ซึ่งจะช่วยลดความต้านทานความร้อนได้ 30% เมื่อเทียบกับระนาบออฟเซ็ต สำหรับการออกแบบ RF ชั้นสัญญาณประกบระหว่างระนาบกราวด์ (การกำหนดค่าแบบสตริปไลน์) เพื่อลด EMI ลง 50%
บทที่ 2: การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบการระบายความร้อน – รักษา PCB เซรามิกให้เย็นและเชื่อถือได้
ข้อได้เปรียบที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของ PCB แบบเซรามิกคือการนำความร้อน แต่การออกแบบการระบายความร้อนที่ไม่ดีจะทำให้เสียประโยชน์ถึง 50% ด้านล่างนี้คือรายละเอียดที่สร้างหรือทำลายการกระจายความร้อน
2.1 การคำนวณความต้านทานความร้อน (รู้ตัวเลขของคุณ!)
ความต้านทานความร้อน (Rθ) เป็นตัวกำหนดว่า PCB เซรามิกของคุณกระจายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด ใช้สูตรนี้สำหรับพื้นผิวเซรามิก:
Rθ (°C/W) = ความหนาของพื้นผิว (มม.) / (ค่าการนำความร้อน (W/mK) × พื้นที่ (m²))
ตัวอย่าง: AlN กับ Al₂O₃ ความต้านทานความร้อน
| ประเภทเซรามิก | ความหนา | พื้นที่ | การนำความร้อน | Rθ (°ซ/วัตต์) | อุณหภูมิฮอตสปอต (100W) |
|---|---|---|---|---|---|
| อัลเอ็น | 0.6มม | 50มม.×50มม | 180 วัตต์/ลูกบาศก์เมตร | 0.13 | 13°C เหนือสภาพแวดล้อม |
| อัล₂O₃ | 0.6มม | 50มม.×50มม | 25 วัตต์/ลูกบาศก์เมตร | 0.96 | 96°C เหนือสภาพแวดล้อม |
ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญ: Rθ ที่ต่ำกว่าของ AlN ช่วยลดอุณหภูมิฮอตสปอตลง 83% ซึ่งสำคัญมากสำหรับอินเวอร์เตอร์ EV และแอมพลิฟายเออร์ 5G
2.2 การเพิ่มประสิทธิภาพความร้อนผ่าน (รายละเอียด #1 สำหรับการกระจายความร้อน)
จุดผ่านความร้อนจะถ่ายเทความร้อนจากร่องรอยด้านบนไปยังระนาบกราวด์ด้านล่าง แต่ขนาด ระยะห่าง และปริมาณของความร้อนมีความสำคัญมากกว่าที่คุณคิด:
| พารามิเตอร์ความร้อนผ่าน | ไม่ได้ปรับให้เหมาะสม (ระยะพิทช์ 0.5 มม. เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.2 มม.) | ปรับให้เหมาะสม (ระยะพิทช์ 0.2 มม. เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.3 มม.) | ผลกระทบ |
|---|---|---|---|
| ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน | 40% ของสูงสุด | 90% ของสูงสุด | อุณหภูมิฮอตสปอตลดลง 25°C (ดีไซน์ 100W) |
| ความต้านทานความร้อน (Rθ) | 0.45 °C/วัตต์ | 0.18 °C/วัตต์ | Rθลดลง 60% |
| ความเป็นไปได้ในการผลิต | ง่าย (การเจาะเชิงกล) | ต้องใช้การเจาะด้วยเลเซอร์ | เพิ่มต้นทุนขั้นต่ำ (+10%) |
กฎการปรับให้เหมาะสมสำหรับ Thermal Vias:
1.ระยะพิทช์: 0.2–0.3 มม. สำหรับพื้นที่ไฟฟ้าสูง (อินเวอร์เตอร์ EV) 0.5 มม. สำหรับการออกแบบที่ใช้พลังงานต่ำ (เซ็นเซอร์)
2.เส้นผ่านศูนย์กลาง: 0.3 มม.(เจาะด้วยเลเซอร์) สำหรับ AlN/LTCC; หลีกเลี่ยงเส้นผ่านศูนย์กลาง <0.2 มม. (เสี่ยงต่อการอุดตันระหว่างการชุบ)
3.จำนวน: วางความร้อน 1 จุดต่อพื้นที่ร้อน 10 มม.² (เช่น 25 จุดสำหรับ IGBT ขนาด 5 มม.×5 มม.)
2.3 การรวมชุดระบายความร้อนและวัสดุเชื่อมต่อ
แม้แต่ PCB เซรามิกที่ดีที่สุดก็จำเป็นต้องมีแผงระบายความร้อนสำหรับการออกแบบที่มีกำลังเกิน 100W ปรับอินเทอร์เฟซให้เหมาะสมเพื่อขจัดช่องว่างด้านความร้อน:
| วัสดุอินเทอร์เฟซ | ความต้านทานความร้อน (°C·in/W) | ดีที่สุดสำหรับ | เคล็ดลับการเพิ่มประสิทธิภาพ |
|---|---|---|---|
| จาระบีความร้อน | 0.005–0.01 | อินเวอร์เตอร์ EV, อุปกรณ์จ่ายไฟทางอุตสาหกรรม | ใช้ความหนา 0.1 มม. (ไม่มีฟองอากาศ) |
| แผ่นกันความร้อน | 0.01–0.02 | การปลูกถ่ายทางการแพทย์ (ไม่มีจาระบีรั่ว) | เลือกความหนา 0.3 มม. (บีบอัดได้ถึง 0.1 มม. ภายใต้แรงกด) |
| วัสดุเปลี่ยนเฟส | 0.008–0.015 | สถานีฐาน 5G (ช่วงอุณหภูมิกว้าง) | เปิดใช้งานที่อุณหภูมิ 60°C (ตรงกับอุณหภูมิการทำงานทั่วไป) |
กรณีศึกษา: การเพิ่มประสิทธิภาพความร้อนของอินเวอร์เตอร์ EV
PCB AlN DCB ของผู้ผลิตสำหรับอินเวอร์เตอร์ 800V มีอัตราความล้มเหลว 12% เนื่องจากจุดร้อน 180°C
การเพิ่มประสิทธิภาพที่นำไปใช้:
1. เพิ่มจุดระบายความร้อน 0.3 มม. (ระยะพิทช์ 0.2 มม.) ภายใต้ IGBT
2.ใช้จาระบีระบายความร้อน (ความหนา 0.1 มม.) + แผงระบายความร้อนอลูมิเนียม
3. เพิ่มความกว้างของรอยทองแดงจาก 2 มม. เป็น 3 มม. (ลดการสูญเสียการนำไฟฟ้า)
ผลลัพธ์: อุณหภูมิจุดร้อนลดลงเหลือ 85°C; อัตราความล้มเหลวลดลงเหลือ 1.2%
บทที่ 3: การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ EMI/EMC – รักษาสัญญาณให้สะอาด
PCB แบบเซรามิกให้ประสิทธิภาพ EMI ที่ดีกว่า FR4 แต่ก็ยังต้องการการปรับให้เหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงสัญญาณรบกวนและการรบกวน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการออกแบบความถี่สูง
3.1 การเพิ่มประสิทธิภาพระนาบกราวด์ (รากฐานของการควบคุม EMI)
ระนาบกราวด์แบบทึบนั้นไม่สามารถต่อรองได้ แต่รายละเอียด เช่น การครอบคลุมและจุดเย็บตะเข็บทำให้เกิดความแตกต่าง:
| การฝึกบินภาคพื้นดิน | ไม่ได้เพิ่มประสิทธิภาพ (ครอบคลุม 50% ไม่มีการเย็บ) | ปรับให้เหมาะสม (ครอบคลุม 90% จุดเย็บ) | การลดอีเอ็มไอ |
|---|---|---|---|
| พื้นที่ครอบคลุม | 50% ของพื้นผิว PCB | พื้นผิว PCB 90% | EMI ที่แผ่รังสีลดลง 30% |
| เย็บจุดแวะ | ไม่มี | ทุกๆ 5 มม. ตามขอบ | ครอสทอล์คลดลง 40% |
| การแยกระนาบกราวด์ | แยกสำหรับอนาล็อก/ดิจิตอล | เครื่องบินเดี่ยว (การเชื่อมต่อจุดเดียว) | เสียงกราวด์กราวด์ลดลง 50% |
กฎง่ายๆ:
สำหรับการออกแบบ RF/5G ความครอบคลุมระนาบกราวด์ควรเกิน 80% และใช้รอยต่อ (เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.3 มม.) ทุกๆ 5 มม. เพื่อสร้าง "กรงฟาราเดย์" รอบรอยที่ละเอียดอ่อน
3.2 การติดตามเส้นทางสำหรับ EMI ต่ำ
การกำหนดเส้นทางการติดตามที่ไม่ดีจะบ่อนทำลายข้อได้เปรียบทาง EMI ตามธรรมชาติของ PCB เซรามิก ติดตามรายละเอียดเหล่านี้:
| ติดตามการปฏิบัติการกำหนดเส้นทาง | ไม่ได้เพิ่มประสิทธิภาพ (โค้ง 90°, วิ่งขนาน) | ปรับให้เหมาะสม (โค้ง 45°, วิ่งมุมฉาก) | ผลกระทบของอีเอ็มไอ |
|---|---|---|---|
| มุมโค้ง | 90° (คม) | 45° หรือโค้ง (รัศมี = 2× ความกว้างของรอยตัด) | การสะท้อนสัญญาณลดลง 25% |
| ระยะห่างการวิ่งแบบขนาน | ความกว้างของรอย 1 × | ความกว้างของรอย 3× | ครอสทอล์คต่ำลง 60% |
| การจับคู่ความยาวคู่ที่แตกต่างกัน | ±0.5 มม. ไม่ตรงกัน | ±0.1 มม. ไม่ตรงกัน | การเปลี่ยนเฟสลดลง 30% (5G mmWave) |
| ความยาวการติดตาม RF | 100 มม. (ไม่มีฉนวนป้องกัน) | <50 มม. (ป้องกัน) | การสูญเสียสัญญาณลดลง 40% |
3.3 การเพิ่มประสิทธิภาพการป้องกัน (สำหรับสภาพแวดล้อมที่มีการรบกวนสูง)
สำหรับการออกแบบ 5G การบินและอวกาศ หรืออุตสาหกรรม ให้เพิ่มการป้องกันเพื่อลด EMI ลง 60%:
| วิธีการป้องกัน | ดีที่สุดสำหรับ | รายละเอียดการดำเนินการ | การลดอีเอ็มไอ |
|---|---|---|---|
| การป้องกันเททองแดง | ร่องรอย RF โมดูลขนาดเล็ก | ร่องรอยล้อมรอบด้วยทองแดงที่มีการต่อสายดิน (ช่องว่าง 0.5 มม.) | 30–40% |
| กระป๋องป้องกันโลหะ | 5G mmWave เครื่องขยายสัญญาณกำลังสูง | ประสานกับระนาบกราวด์ (ไม่มีช่องว่าง) | 50–60% |
| ลูกปัดเฟอร์ไรต์ | สายไฟสัญญาณดิจิตอล | วางบนอินพุตพลังงาน (1,000Ω @ 100MHz) | 20–30% |
ตัวอย่าง: การเพิ่มประสิทธิภาพ 5G MmWave EMI
การออกแบบเซลล์ขนาดเล็ก 5G ที่ใช้ LTCC มีการสูญเสียสัญญาณ 0.8 dB/in เนื่องจาก EMI
ใช้การแก้ไขแล้ว:
1. เพิ่มทองแดงที่มีสายดิน 0.5 มม. เทรอบ ๆ ร่องรอย RF
2. ติดตั้งกระป๋องป้องกันโลหะ (บัดกรีกับระนาบกราวด์) เหนือชิป mmWave
3. จับคู่ความยาวคู่ที่แตกต่างกันเป็น ± 0.1 มม.
ผลลัพธ์: การสูญเสียสัญญาณลดลงเหลือ 0.3 dB/in; EMI ที่แผ่รังสีตรงตามมาตรฐาน CISPR 22 Class B
บทที่ 4: การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบทางกลและความน่าเชื่อถือ - ป้องกันการแตกร้าวของเซรามิก
เซรามิกมีความเปราะโดยธรรมชาติ โดยไม่สนใจการปรับแต่งเชิงกล และ PCB ของคุณจะแตกร้าวระหว่างการประกอบหรือการใช้งาน ด้านล่างนี้คือรายละเอียดที่ช่วยเพิ่มความทนทาน
4.1 การเพิ่มประสิทธิภาพขอบและมุม (ลดความเข้มข้นของความเครียด)
ขอบและมุมที่แหลมคมทำหน้าที่เป็นตัวเพิ่มความเครียด—ปรับให้เหมาะสมเพื่อป้องกันการแตกร้าว:
| การออกแบบขอบ/มุม | ไม่ได้เพิ่มประสิทธิภาพ (ขอบคม มุม 90°) | ปรับให้เหมาะสม (ลบมุม 0.5 มม., มุมโค้งมน) | ผลกระทบต่อการแคร็ก |
|---|---|---|---|
| ความแข็งแรงของแรงดัดงอ | 350 เมกะปาสคาล (อัลเอ็น) | 500 MPa (อัลเอ็น) | ต้านทานการโค้งงอสูงขึ้น 43% |
| การเอาชีวิตรอดจากการปั่นจักรยานด้วยความร้อน | 500 รอบ (-40°C ถึง 150°C) | 10,000 รอบ | อายุการใช้งานยาวนานขึ้น 20 เท่า |
| ผลผลิตการประกอบ | 85% (รอยแตกระหว่างการถือครอง) | 99% | ผลผลิตสูงขึ้น 14% |
เคล็ดลับการเพิ่มประสิทธิภาพ:
สำหรับ PCB เซรามิกทั้งหมด ให้เพิ่มการลบมุม 0.5 มม. ที่ขอบ และรัศมี 1 มม. ที่มุม สำหรับการออกแบบ EV/การบินและอวกาศ ให้อัปเกรดเป็นการลบมุม 1 มม. (จับการสั่นสะเทือนได้ดีกว่า)
4.2 การเพิ่มประสิทธิภาพคอมโพสิตเซรามิกที่ยืดหยุ่น (สำหรับการออกแบบที่โค้งงอได้)
เซรามิกบริสุทธิ์ไม่สามารถโค้งงอได้ โปรดใช้คอมโพสิต ZrO₂-PI หรือ AlN-PI สำหรับการใช้งานแบบสวมใส่/แบบฝังได้:
| ประเภทคอมโพสิต | ความยืดหยุ่น (รอบโค้ง) | การนำความร้อน | ดีที่สุดสำหรับ |
|---|---|---|---|
| ZrO₂-PI (0.1 มม.) | 100,000+ (รัศมี 1 มม.) | 2–3 วัตต์/มิลลิเคล | การปลูกถ่ายทางการแพทย์ แผ่นแปะ ECG ที่ยืดหยุ่น |
| AlN-PI (0.2 มม.) | 50,000+ (รัศมี 2 มม.) | 20–30 วัตต์/มิลลิเคล | โมดูล 5G แบบพับได้ เซนเซอร์แบบโค้ง |
กฎการออกแบบสำหรับคอมโพสิต:
รักษารัศมีการโค้งงอ ≥2× ความหนาของคอมโพสิต (เช่น รัศมี 0.2 มม. สำหรับ ZrO₂-PI 0.1 มม.) เพื่อหลีกเลี่ยงการแตกร้าว
4.3 การเพิ่มประสิทธิภาพการปั่นจักรยานด้วยความร้อน (เอาตัวรอดจากอุณหภูมิที่สูงมาก)
PCB เซรามิกจะขยาย/หดตัวแตกต่างจากทองแดง ซึ่งจะสร้างความเครียดในระหว่างการหมุนเวียนด้วยความร้อน ปรับให้เหมาะสมเพื่อป้องกันการหลุดลอก:
| การฝึกปั่นจักรยานด้วยความร้อน | ไม่ได้เพิ่มประสิทธิภาพ (ทางลาด 20°C/นาที) | ปรับให้เหมาะสม (ทางลาด 5°C/นาที) | ผลลัพธ์ |
|---|---|---|---|
| อัตราทางลาด | 20°ซ/นาที | 5°ซ/นาที | ความเครียดจากความร้อนลดลง 70% |
| จับเวลาที่อุณหภูมิสูงสุด | 5 นาที | 15 นาที | การปล่อยความชื้นลดลง 50% |
| อัตราการเย็นลง | ไม่สามารถควบคุมได้ (15°C/นาที) | ควบคุมได้ (5°C/นาที) | ความเสี่ยงต่อการหลุดร่อนลดลง 80% |
กรณีศึกษา: การเพิ่มประสิทธิภาพกลไกของเซ็นเซอร์การบินและอวกาศ
Si₃N₄ HTCC PCB สำหรับเซ็นเซอร์ดาวเทียมแตกร้าวในการทดสอบการหมุนเวียนความร้อน 30% (-55°C ถึง 120°C)
ใช้การแก้ไขแล้ว:
1.เพิ่มการลบมุมขอบ 1 มม.
2. ลดอัตราทางลาดความร้อนลงเหลือ 5°C/นาที
3. ใช้ตัวนำทังสเตน - โมลิบดีนัม (ตรงกับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของSi₃N₄, CTE)
ผลลัพธ์: การแคร็ก 0% หลังจาก 10,000 รอบ
บทที่ 5: การดำเนินการด้านการผลิต – เปลี่ยนการออกแบบให้กลายเป็นความจริง
แม้แต่การออกแบบที่ดีที่สุดก็ยังล้มเหลวหากไม่สามารถผลิตได้ ร่วมมือกับผู้ผลิต PCB เซรามิกของคุณเพื่อปรับรายละเอียดที่สำคัญเหล่านี้ให้เหมาะสม:
5.1 การควบคุมความคลาดเคลื่อน (PCB เซรามิกให้อภัยน้อยกว่า FR4)
การผลิตเซรามิกจำเป็นต้องมีพิกัดความเผื่อที่เข้มงวดมากขึ้น—เพิกเฉยต่อสิ่งเหล่านี้ และการออกแบบของคุณจะไม่พอดีหรือมีประสิทธิภาพ:
| พารามิเตอร์ | ความอดทน FR4 | ความอดทนของเซรามิก PCB | ทำไมมันถึงสำคัญ |
|---|---|---|---|
| ความหนาของชั้น | ±10% | ±5% (อัลเอ็น/LTCC) | รับประกันความต้านทานความร้อนอยู่ภายใน 10% ของเป้าหมาย |
| ติดตามความกว้าง | ±0.1มม | ±0.05 มม. (ฟิล์มบาง) | รักษาการควบคุมอิมพีแดนซ์ (50Ω ±2%) |
| ผ่านตำแหน่ง | ±0.2มม | ±0.05 มม. (เจาะด้วยเลเซอร์) | หลีกเลี่ยงการวางแนวผ่านการติดตามที่ไม่ตรง (สาเหตุเปิด) |
ส่งข้อสอบของคุณตรงมาหาเรา
