PCB gốm DPC

Trong các ứng dụng công suất cao và tần số cao, công nghệ PCB gốm DPC đã trở thành giải pháp thiết yếu cho các kỹ sư cần cả khả năng tản nhiệt vượt trội và hiệu suất điện ổn định. Không giống như PCB FR4 truyền thống hoặc PCB lõi kim loại, bảng DPC (Direct Plated Copper) sử dụng chất nền gốm với các lớp đồng mạ mỏng, chính xác, cung cấp độ tin cậy vô song dưới áp lực nhiệt.

Khi các ngành công nghiệp đẩy mạnh thu nhỏ và hiệu quả cao hơn, nhu cầu về chất nền tiên tiến tiếp tục tăng. Từ các mô-đun nguồn đến chiếu sáng LED và ứng dụng RF, PCB gốm DPC cung cấp sự cân bằng giữa hiệu suất và khả năng sản xuất, khiến chúng trở thành một trong những lựa chọn linh hoạt nhất trên thị trường.

PCB gốm DPC là gì?

PCB gốm DPC (Direct Plated Copper) là một loại bảng mạch dựa trên gốm, nơi đồng được mạ trực tiếp lên chất nền gốm thông qua quá trình phún xạ và mạ điện. Điều này tạo thành một lớp kim loại hóa chắc chắn bám chặt vào bề mặt gốm, cho phép cả mạch đường nét mịn và dẫn nhiệt vượt trội.

Nói một cách đơn giản, quy trình DPC loại bỏ nhu cầu về các lá đồng dày hoặc lớp keo dán được sử dụng trong các phương pháp khác, dẫn đến bảng mạch mỏng hơn, mịn hơn và hiệu quả nhiệt hơn. Nó đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng mà quản lý nhiệt và độ tin cậy là quan trọng—như mô-đun laser, thiết bị nguồn IGBT và trạm gốc 5G.

Thông số kỹ thuật vật liệu PCB gốm DPC

Mục	Thuộc tính
Thương hiệu	CeramTec / GTT / Huaqing / Laird / Maruwa / Rogers / Toshiba
Vật liệu nền	Al₂O₃ / AlN / BeO / SiO₂
Độ dày vật liệu nền (không bao gồm dây dẫn)	0,20mm / 0,25mm / 0,30mm / 0,38mm / 0,50mm / 0,635mm / 0,76mm / 0,80mm / 1,0mm / 1,2mm / 1,5mm / 2,0mm
Độ dẫn nhiệt	24W / 27W / 170W / 200W / 240W
Loại mặt nạ hàn	Men thủy tinh, dầu mặt nạ hàn (trắng, đen, xanh lá cây, xanh dương, vàng, đỏ)
Giá trị Tg	200 / 250 / 300 / 400 / 500 / 600 / 700 / 800
Không chứa halogen	Có (tùy chọn)
Điện áp phá vỡ	11 – 34 kV
Hằng số điện môi (MHz)	9 – 10
Hấp thụ nước	0%
Tuân thủ RoHS	Có
Xếp hạng chống cháy	94V-0
Độ dẫn nhiệt (W/m·K hoặc W/m·°C)	Al₂O₃ ≥ 24; AlN ≥ 170; BeO ≥ 240; SiO₂: 16 – 22
Độ bền điện môi	0,635mm: 11 kV/mm; 1,0mm: 17 kV/mm; 2,0mm: 34 kV/mm
Độ cong & xoắn	≤ 0,75%

Đặc điểm của PCB gốm DPC

PCB gốm DPC có một số đặc điểm nổi bật khiến chúng khác biệt so với các loại PCB gốm khác:

• Lớp kim loại hóa mỏng: Đồng được mạ trực tiếp lên gốm với độ dày đồng đều (1–3 oz), cung cấp độ phân giải mạch tốt và độ bám dính tuyệt vời.
• Độ phẳng vượt trội: Sự vắng mặt của lớp keo dán hoặc lớp kết dính mang lại cho bảng mạch một bề mặt mịn phù hợp cho kết nối dây và thiết kế tần số cao.
• Độ dẫn nhiệt cao: Vật liệu gốm truyền nhiệt hiệu quả từ thành phần đến bộ tản nhiệt hoặc vỏ, ngăn ngừa mệt mỏi nhiệt.
• Hiệu suất điện ổn định: Chất nền gốm có hằng số điện môi thấp và độ cách điện cao, lý tưởng cho mạch RF và vi sóng.
• Độ tin cậy cao: Quy trình mạ đồng trực tiếp tạo thành một liên kết kim loại mạnh, đảm bảo khả năng chịu đựng chu kỳ nhiệt tuyệt vời và độ bền lâu dài.

Ưu điểm của PCB gốm DPC

• Thiết kế mạch chính xác: Lớp đồng mỏng hỗ trợ độ rộng đường nét mịn xuống đến 20 μm, cho phép bố trí nhỏ gọn và mật độ cao.
• Tản nhiệt hiệu quả: Chất nền gốm dẫn nhiệt trực tiếp, ngăn ngừa quá nhiệt cục bộ và cải thiện tuổi thọ tổng thể của thiết bị.
• Chất lượng kim loại hóa tuyệt vời: Đồng phún xạ và mạ có độ bám dính mạnh và bề mặt sạch, mịn—lý tưởng cho kết nối dây vàng hoặc nhôm.
• Khả năng chịu điện áp cao: Gốm cung cấp độ bền điện môi vượt trội, cho phép hoạt động an toàn dưới áp lực điện áp cao.
• Kháng hóa chất và ăn mòn: Bảng DPC duy trì hiệu suất ổn định trong môi trường khắc nghiệt hoặc ăn mòn, không giống như PCB dựa trên polymer.
• Hiệu quả kinh tế cho độ dày trung bình: Đối với lớp đồng từ 1–3 oz, DPC cung cấp hiệu quả kinh tế tốt hơn so với DBC hoặc các lựa chọn phim dày.

Nhờ những lợi ích này, nhiều nhà sản xuất ô tô, LED và thiết bị nguồn đang chuyển sang công nghệ DPC để đạt được độ tin cậy cao hơn với các hình dạng nhỏ gọn.

Hạn chế của việc sử dụng PCB gốm DPC

Mặc dù PCB gốm DPC cung cấp hiệu suất vượt trội, chúng không phải lúc nào cũng phù hợp hoàn hảo cho mọi ứng dụng. Một số hạn chế bao gồm:

• Giới hạn độ dày đồng: DPC thường bị giới hạn ở mạ đồng 3 oz. Đối với lớp dày hơn, DBC (Direct Bonded Copper) phù hợp hơn.
• Chi phí sản xuất cao hơn: So với bảng FR4, chất nền gốm và quy trình phún xạ có chi phí cao hơn.
• Tính dễ vỡ của nền gốm: Chất nền gốm dễ vỡ và cần xử lý cẩn thận trong quá trình khoan và lắp ráp.
• Chu kỳ sản xuất dài hơn: Quy trình phún xạ và mạ điện liên quan đến nhiều bước chính xác, tăng thời gian sản xuất so với PCB tiêu chuẩn.

Mặc dù có những thách thức này, hầu hết chúng có thể được quản lý hiệu quả khi làm việc với nhà sản xuất PCB gốm DPC có kinh nghiệm như Best Technology, đảm bảo kiểm soát quy trình chặt chẽ và độ nhất quán vật liệu.

Sự khác biệt giữa PCB gốm DPC và DBC

Mặc dù DPC và DBC đều liên quan đến đồng trên gốm, quy trình sản xuất và đặc điểm của chúng khác nhau đáng kể:

Đặc điểm	PCB gốm DPC	PCB gốm DBC
Phương pháp kết nối đồng	Mạ trực tiếp (phún xạ + mạ điện)	Kết nối trực tiếp (kết nối đồng có hỗ trợ oxy ở nhiệt độ cao)
Độ dày đồng	1–3 oz	3–10 oz
Độ phẳng bề mặt	Xuất sắc	Hơi không đều do lớp kết dính
Độ chính xác mạch	Cao, hỗ trợ đường nét mịn	Độ chính xác thấp hơn, phù hợp cho mạch nguồn
Hiệu suất nhiệt	Trung bình đến cao	Xuất sắc cho công suất rất cao
Chi phí	Trung bình	Cao hơn do kết nối phức tạp
Ứng dụng	LED, mô-đun laser, cảm biến, 5G	IGBT, mô-đun nguồn, biến tần

Khi nào nên sử dụng công nghệ DPC?

Việc lựa chọn công nghệ DPC phụ thuộc vào yêu cầu nhiệt, điện và thiết kế của bạn. Đây là lựa chọn tuyệt vời khi:

• Mạch yêu cầu định nghĩa đường nét mịn và độ chính xác cao.
• Thiết bị hoạt động trong điều kiện công suất trung bình đến cao.
• Kết nối dây hoặc gắn chip là một phần của quy trình lắp ráp.
• Thiết kế nhỏ gọn và kiểm soát nhiệt hiệu quả là ưu tiên hàng đầu.
• Ứng dụng bao gồm diode laser, bộ thu phát quang, mô-đun RF, LED và cảm biến.

Nếu thiết kế của bạn yêu cầu hơn 3 oz đồng hoặc độ dẫn nhiệt cực cao, công nghệ DBC hoặc AMB có thể phù hợp hơn.

Quy trình sản xuất PCB gốm DPC

Quy trình DPC là sự kết hợp giữa gia công laser, phún xạ và mạ điện—mỗi bước đều yêu cầu độ chính xác để đảm bảo năng suất cao và độ tin cậy. Hãy cùng đi qua các bước chính:

1. Chuẩn bị chất nền gốm

Quy trình bắt đầu với chất nền gốm Al₂O₃ hoặc AlN chất lượng cao. Chúng được cắt laser thành các tấm đơn hoặc mảng dựa trên bố trí thiết kế. Không giống như các lớp laminate lõi kim loại, các chất nền gốm này không dẫn điện và cung cấp độ cứng bề mặt cao.

2. Khoan laser

Gốm dễ vỡ, vì vậy khoan laser thay thế khoan cơ học truyền thống. Laser tạo ra các lỗ xuyên hoặc vias với các cạnh sạch, mịn, giảm thiểu vết nứt. Chúng có thể là lỗ xuyên mạ (PTH) hoặc lỗ xuyên không mạ (NPTH), tùy thuộc vào thiết kế mạch.

3. Phún xạ

Một lớp đồng mầm mỏng (~1 μm) được lắng đọng trên cả hai mặt của gốm bằng kỹ thuật phún xạ. Điều này tạo thành một nền kim loại hóa đồng đều cho việc mạ điện đồng tiếp theo. Nó cũng phủ các thành của lỗ khoan, cho phép kết nối điện giữa các lớp.

4. Ứng dụng phim khô – Phơi sáng – Phát triển

Một lớp phim khô chống quang được cán lên bề mặt phủ đồng. Mẫu sau đó được phơi sáng với ánh sáng UV thông qua mặt nạ quang và phát triển. Các vùng không được phơi sáng bị loại bỏ, để lộ các đường mạch nơi đồng sẽ được mạ sau này.

5. Mạ đồng

Mạ điện thêm độ dày vào các vùng đồng được phơi sáng, thường đạt độ dày 1–3 oz. Các đường mạch đồng kết quả phẳng và mịn, cung cấp dẫn nhiệt hiệu quả. Đối với đồng dày hơn (trên 3 oz), các phương pháp DBC hoặc DCB được ưa chuộng.

6. Tẩy

Sau khi mạ đồng, lớp chống quang còn lại được tẩy đi để lộ mạch đồng hoàn thiện trên bề mặt gốm.

7. Ăn mòn

Lớp đồng mầm dưới lớp chống quang bị tẩy đi bằng hóa chất, chỉ để lại mẫu đồng cần thiết. Bước này xác định hình dạng mạch với độ chính xác cao.

8. Xử lý bề mặt

Các tùy chọn hoàn thiện bề mặt như OSP, ENIG hoặc ENEPIG được áp dụng. Mỗi xử lý tăng cường khả năng hàn và ngăn ngừa oxy hóa:

• OSP có hiệu quả kinh tế cho lắp ráp tiêu chuẩn.
• ENIG cung cấp độ phẳng cho các thành phần có độ cao nhỏ.
• ENEPIG hỗ trợ kết nối dây vàng hoặc nhôm, làm cho nó lý tưởng cho điện tử có độ tin cậy cao.

Kết quả cuối cùng là một bảng mạch gốm chính xác cao có khả năng xử lý tải nhiệt mạnh mẽ trong khi duy trì độ ổn định cấu trúc.

Câu hỏi thường gặp về PCB gốm DPC

1. Sự khác biệt giữa PCB gốm DPC và DBC là gì?

DPC sử dụng phún xạ và mạ điện để lắng đọng đồng, cho phép mạch tinh vi hơn, trong khi DBC sử dụng kết nối ở nhiệt độ cao, phù hợp cho lớp đồng dày hơn và công suất cao hơn.

2. Vật liệu nào được sử dụng trong PCB gốm DPC?

Các chất nền chính là oxit nhôm (Al₂O₃) và nitride nhôm (AlN). Al₂O₃ có chi phí hiệu quả, trong khi AlN cung cấp độ dẫn nhiệt vượt trội.

3. Kim loại hóa PCB gốm là gì?

Đó là quá trình lắng đọng một lớp kim loại—thường là đồng—lên bề mặt gốm để tạo ra các đường dẫn dẫn điện cho mạch và quản lý nhiệt.

4. PCB gốm DPC có thể được kết nối dây không?

Có. Bảng DPC với các lớp hoàn thiện bề mặt ENIG hoặc ENEPIG lý tưởng cho kết nối dây vàng hoặc nhôm, được sử dụng trong các mô-đun nguồn và thành phần quang học.

5. Làm thế nào để chọn nhà cung cấp PCB gốm DPC đáng tin cậy?

Hãy tìm nhà sản xuất có khả năng phún xạ, mạ điện và gia công gốm trong nhà—như Best Technology, cung cấp khả năng truy xuất quy trình đầy đủ và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt dưới hệ thống MES.