روایتی FR-4 فائبرگلاس بورڈز ریفلو سولڈرنگ کے بعد ایک "آرچ" شکل تیار کرتے ہیں۔ یہ تھرمل تناؤ اور مواد کی جسمانی خصوصیات کے درمیان عدم توازن کا ناگزیر نتیجہ ہے۔ روایتی پی سی بی اجزاء سولڈرنگ کی خرابیوں اور وارپنگ کی وجہ سے سامان کی خرابی کا شکار ہیں۔ پی سی بی کی ایک قسم سیرامک کو اس کے سبسٹریٹ کے طور پر استعمال کرتی ہے، اس کے قریب-کامل جسمانی استحکام کے ساتھ، اعلی-پاور یا اعلیٰ قابل اعتماد الیکٹرانک آلات کے لیے بنیادی انتخاب بن رہا ہے۔
سیرامک سبسٹریٹس تپ کیوں نہیں کرتے؟
پی سی بی وارپنگ کی بنیادی وجہ مواد کے تھرمل ایکسپینشن گتانک اور اندرونی تناؤ کے اخراج کے درمیان مماثلت نہیں ہے۔ عام FR-4 سبسٹریٹس فائبر گلاس کپڑا اور epoxy رال کے بندھن سے بنتے ہیں۔ رال گرم ہونے پر نرم ہو جاتی ہے اور ٹھنڈا ہونے پر سکڑ جاتی ہے۔ دونوں طرف غیر متناسب تانبے کا ورق اخترتی کو مزید بڑھاتا ہے۔
سیرامک سبسٹریٹس مکمل طور پر مختلف خصوصیات کے مالک ہیں۔ وہ اعلی-درجہ حرارت کی سنٹرڈ سیرامک گرین شیٹس کو بیس کے طور پر استعمال کرتے ہیں، جو بہت زیادہ لچکدار ماڈیولس اور تھرمل توسیع کے انتہائی کم گتانک کی نمائش کرتے ہیں۔ مینوفیکچرنگ کے دوران، تانبے کے ورق کو اعلی-درجہ حرارت کے گرم دبانے یا براہ راست کاپر چڑھانے والی ٹیکنالوجی کے ذریعے سیرامک کی سطح سے منسلک کیا جاتا ہے، جو سادہ چپکنے والی بانڈنگ کے بجائے بین مالیکیولر بانڈنگ کو حاصل کرتا ہے۔ یہ جامع ڈھانچے کو انتہائی درجہ حرارت کے حالات میں بھی جہتی استحکام برقرار رکھنے کی اجازت دیتا ہے۔
ایلومینا سیرامکس: لاگت کا بادشاہ-تاثریت
ایلومینا فی الحال سب سے زیادہ استعمال ہونے والا سیرامک سبسٹریٹ مواد ہے، جس میں 75% اور 99.5% ایلومینا ہوتا ہے۔ 99.5% کی اعلی پاکیزگی کے نتیجے میں انتہائی کم ڈائی الیکٹرک نقصان کے ساتھ ایک ہموار اور گھنی سطح بنتی ہے، جو اسے اعلی-فریکونسی سرکٹس کے لیے موزوں بناتی ہے۔
ایلومینا کی تھرمل چالکتا تقریباً 24 سے 28 W/(m·K) ہے، جو FR-4 کے 0.3 W/(m·K) سے نمایاں طور پر زیادہ ہے۔ تاہم، یہ اب بھی الٹرا ہائی پاور ایپلی کیشنز میں کم ہے۔ یہ وافر مقدار میں خام مال، اعلی مکینیکل طاقت، اور بہترین کیمیائی استحکام کا حامل ہے، جو اسے ایک ایسی مصنوعات کی بہترین مثال بناتا ہے جو کارکردگی اور لاگت میں توازن رکھتا ہے، اس طرح مائیکرو الیکٹرانکس اور پاور ماڈیول کے شعبوں میں غالب پوزیشن پر فائز ہے۔
ایلومینیم نائٹرائڈ کی اعلی تھرمل چالکتا-سلیکون ویفرز سے اچھی طرح ملتی ہے۔ ایلومینیم نائٹرائڈ سیرامکس کے ظہور نے ایلومینا میں تھرمل چالکتا کی ناکافی ہونے کا مسئلہ حل کر دیا ہے، جس سے تھرمل چالکتا 170 W/(m·K) سے زیادہ ہے، ایلومینا سے سات گنا اور یہاں تک کہ دھاتی ایلومینیم سے بھی زیادہ ہے۔
زیادہ اہم بات یہ ہے کہ ایلومینیم نائٹرائڈ کا تھرمل توسیع کا گتانک سیمی کنڈکٹر سلکان ویفرز کے بہت قریب ہے۔ جب اعلی-پاور چپس کو براہ راست سبسٹریٹ پر نصب کیا جاتا ہے تو، اسی طرح کا توسیعی گتانک تھرمل سائیکلنگ کی وجہ سے ہونے والے قینچ کے دباؤ سے مؤثر طریقے سے بچاتا ہے، اس طرح چپ کے کریکنگ یا سولڈر جوائنٹ کی تھکاوٹ کو روکتا ہے۔ اس کے مینوفیکچرنگ کے عمل میں آکسیجن کے مواد کو کنٹرول کرنے کے لیے بہت زیادہ تقاضے ہیں۔ آکسیجن کی نجاست جتنی کم ہوگی، تھرمل چالکتا اتنی ہی مضبوط ہوگی۔
بیریلیم آکسائیڈ کی ہائی تھرمل چالکتا اور زہریلے پن کی حدود
بیریلیم آکسائیڈ سیرامکس غیر معمولی تھرمل چالکتا کی نمائش کرتے ہیں، یہاں تک کہ ایلومینیم نائٹرائیڈ کو بھی پیچھے چھوڑتے ہوئے، کمرے کے درجہ حرارت پر 250 W/(m·K) سے زیادہ تک پہنچ جاتے ہیں۔ یہ کسی زمانے میں انتہائی سخت گرمی کی کھپت کی ضروریات والے کھیتوں میں ترجیحی مواد تھا۔
تاہم، بیریلیم آکسائڈ پاؤڈر زہریلا ہے. اگر پیداوار اور پروسیسنگ کے دوران پیدا ہونے والی دھول کو سانس لیا جائے تو یہ پھیپھڑوں کی سنگین بیماریوں کا سبب بن سکتا ہے۔ اسی طرح اگر ٹھکانے لگانے کے دوران پیدا ہونے والی گردوغبار کو سانس لیا جائے تو یہ پھیپھڑوں کے سنگین امراض کا باعث بھی بن سکتی ہے۔ یہ مہلک خامی اس کی نشوونما کو بری طرح محدود کر دیتی ہے۔ فی الحال، یہ صرف جامع حفاظتی اقدامات کے ساتھ بہت کم مخصوص فوجی شعبوں میں استعمال ہوتا ہے، اور جامع حفاظتی اقدامات کے ساتھ بہت کم مخصوص ایرو اسپیس فیلڈز میں بھی۔ سویلین مارکیٹ کو بڑی حد تک ایلومینیم نائٹرائیڈ نے بدل دیا ہے۔
سیرامک پی سی بی کے بنیادی فوائد
سیرامک سبسٹریٹس کا سب سے واضح فائدہ ان کی مضبوط کرنٹ- لے جانے کی صلاحیت ہے۔ تجرباتی اعداد و شمار سے پتہ چلتا ہے کہ جب 100A کرنٹ مسلسل 1 ملی میٹر موٹی 0.3 ملی میٹر تانبے کے سبسٹریٹ سے گزرتا ہے تو درجہ حرارت میں اضافہ صرف 17 ڈگری کے آس پاس ہوتا ہے۔ اگر تانبے کی موٹائی کو 2 ملی میٹر تک بڑھایا جائے تو درجہ حرارت میں اضافے کو 5 ڈگری کے اندر کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔
اس کے علاوہ، اس میں بہترین موصلیت کی خصوصیات ہیں جو ہائی وولٹیج کو برداشت کر سکتی ہیں۔ یہ پراپرٹی سامان اور اہلکاروں کی حفاظت کو یقینی بناتی ہے۔ چونکہ اسے نامیاتی چپکنے والی چیزوں کی ضرورت نہیں ہوتی ہے، اس لیے اس کی کارکردگی اعلی-درجہ حرارت اور اعلی-نمی والے ماحول میں انتہائی مستحکم ہے۔ مزید برآں، تانبے کے ورق کا چپکنا بہت مضبوط ہے اور درجہ حرارت میں زبردست تبدیلیوں کی وجہ سے الگ نہیں ہوگا، جس کی وجہ سے اس کی بھروسے عام PCBs سے کہیں زیادہ ہے۔
سیرامک پی سی بی کے لیے مینوفیکچرنگ کے اختیارات
اگرچہ سیرامک سبسٹریٹس اعلی کارکردگی کا مظاہرہ کرتے ہیں، ان کی نازک نوعیت بڑے-ایریا بورڈز کی تیاری میں ان کے استعمال کو محدود کرتی ہے، اور ان کی قیمت FR-4 سے بہت زیادہ ہے۔ ایک 100 ملی میٹر سائیڈ ایلومینیم نائٹرائڈ سبسٹریٹ کی قیمت اسی سائز کے FR-4 سے دس گنا زیادہ ہو سکتی ہے۔
لہذا، یہ بنیادی طور پر اعلی-اینڈ ایپلی کیشنز جیسے ہائی-پاور ایل ای ڈی، آٹوموٹو اگنیشن سسٹم، ہائی-فریکوئنسی سوئچنگ پاور سپلائیز، ایرو اسپیس، اور ملٹری الیکٹرانکس میں استعمال ہوتا ہے۔ سیرامک سبسٹریٹ کا انتخاب حتمی استحکام اور وشوسنییتا کا انتخاب کرنے کا مطلب ہے۔ حقیقی R&D یا چھوٹے-بیچ کی پیداوار میں، ایک پیشہ ور اور قابل اعتماد صنعت کار کا انتخاب انتہائی اہم ہے۔ JEP PCB کئی سالوں سے صنعت میں گہرائی سے شامل ہے، جس میں سیرامک سبسٹریٹ پروسیسنگ کی پیشہ ورانہ صلاحیتیں ہیں۔ پروٹو ٹائپنگ سے لے کر بڑے پیمانے پر پیداوار تک، یہ تیز رفتار ردعمل اور مستحکم عمل کی حمایت فراہم کر سکتا ہے، اس بات کو یقینی بنا کر کہ آپ کی اعلی-کارکردگی کے ڈیزائن کو درست طریقے سے حاصل کیا جا سکتا ہے۔
تو، اپنے پروڈکٹ کے ڈیزائن میں، کیا آپ لاگت کو کنٹرول کرنے کو ترجیح دیں گے، یا کیا آپ سیرامک سبسٹریٹ کا انتخاب کریں گے کیونکہ اس کے 5 ڈگری درجہ حرارت میں اضافہ اور بے مثال وشوسنییتا اور استحکام ہے؟ تبصرے کے سیکشن میں بلا جھجھک اپنے خیالات کا اشتراک کریں، اس مضمون کو پسند کریں اور اس کا اشتراک کریں تاکہ مزید انجینئرز اسے سائنس کی گہرائی میں مقبولیت میں-دیکھ سکیں۔