ในจักรวาลอันกว้างใหญ่ของอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์, ความสำคัญของแผงวงจรพิมพ์ (PCBS) เนื่องจากสะพานที่เชื่อมต่อชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์จะเห็นได้ชัดเจนในตัวเอง. อย่างไรก็ตาม, ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, PCB แบบดั้งเดิมดูเหมือนจะไม่สามารถรับมือกับบรรจุภัณฑ์ของอุปกรณ์กำลังสูงได้. เพื่อที่จะฝ่าฟันอุปสรรคนี้ไปได้, มีเทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมมากมายเกิดขึ้น, ซึ่งเทคโนโลยีการฝังอุปกรณ์ไฟฟ้าใน PCB นั้นเป็นดาวที่น่าตื่นตาที่สุด. บทความนี้จะพาคุณเข้าสู่โลกลึกลับของเทคโนโลยีนี้และสำรวจหลักการของมัน, สถานะปัจจุบันและแนวโน้มในอนาคต.
1.ข้อจำกัดและความท้าทายของ PCB แบบดั้งเดิม
พีซีบี, ที่ “ทางหลวงอิเล็กทรอนิกส์” ประกอบด้วยชั้นฉนวนอินทรีย์และชั้นวงจรโลหะ, ได้กลายเป็นส่วนประกอบที่ขาดไม่ได้ในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ด้วยราคาที่ต่ำและสามารถแปรรูปได้ดี. อย่างไรก็ตาม, เช่นเดียวกับทุกสิ่งมีข้อจำกัดของมัน, ความไม่เพียงพอของ PCB แบบดั้งเดิมในด้านประสิทธิภาพการกระจายความร้อนได้กลายเป็นปัญหาคอขวดที่สำคัญซึ่งจำกัดการใช้งานในด้านบรรจุภัณฑ์อุปกรณ์กำลังสูง.
ชั้นฉนวนอินทรีย์, มักทำจากวัสดุเรซินอินทรีย์และผ้าใยแก้ว (FR4), มีค่าการนำความร้อนเพียง 0.2~0.3W/(M · K), ซึ่งต่ำกว่าค่าการนำความร้อนของวัสดุโลหะมาก. ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง, วัสดุอินทรีย์มีแนวโน้มที่จะสลายตัวจากความร้อนและการแก่ชราจากความร้อน, และแม้กระทั่งคาร์บอไนซ์อาจเกิดขึ้นได้ในกรณีที่รุนแรง, ซึ่งส่งผลกระทบร้ายแรงต่อความมั่นคงและอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์. ดังนั้น, เป็นเรื่องยากสำหรับ PCB แบบดั้งเดิมที่จะตอบสนองความต้องการสูงของบรรจุภัณฑ์อุปกรณ์ไฟฟ้าเพื่อประสิทธิภาพการกระจายความร้อน.
2.การเกิดขึ้นของแผงวงจรพิมพ์ที่ทำจากโลหะ (MCPCB)
เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการกระจายความร้อนของพื้นผิว PCB, แผงวงจรพิมพ์ที่ทำจากโลหะ (MCPCB) เกิดขึ้นมา. MCPCB ผสมผสานชั้นโลหะและชั้นฉนวน, และใช้การนำความร้อนสูงของโลหะเพื่อปรับปรุงความสามารถในการกระจายความร้อนโดยรวมของพื้นผิว. อย่างไรก็ตาม, แม้ว่า MCPCB จะมีการปรับปรุงประสิทธิภาพการกระจายความร้อนก็ตาม, ค่าการนำความร้อนโดยรวมยังไม่สูง, ซึ่งทำให้ยากต่อการแสวงหาประสิทธิภาพการกระจายความร้อนขั้นสูงสุดสำหรับบรรจุภัณฑ์อุปกรณ์กำลังสูง.
3.ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีแผ่นทองแดงแบบฝัง
เพื่อที่จะปรับปรุงประสิทธิภาพการกระจายความร้อนของพื้นผิว PCB ให้ดียิ่งขึ้น, อุตสาหกรรมได้เสนอแนวคิดของการฝังแผ่นทองแดง. เทคโนโลยีแผ่นทองแดงแบบฝังใช้กระบวนการเคลือบเพื่อฝังบล็อกทองแดงที่เป็นโลหะลงในซับสเตรต PCB หรือ MCPCB ที่มีหน้าต่าง, และใช้การนำความร้อนสูงของโลหะเพื่อปรับปรุงความสามารถในการกระจายความร้อนโดยรวมของพื้นผิวได้อย่างมาก. อย่างไรก็ตาม, เพื่อหลีกเลี่ยงการลัดวงจรที่เกิดจากการนำโลหะ, พื้นผิวของบล็อกทองแดงมักจะต้องมีชั้นฉนวนหุ้ม. แม้ว่าชั้นฉนวนนี้จะแก้ปัญหาไฟฟ้าลัดวงจรได้, แต่ยังมีผลกระทบต่อประสิทธิภาพการกระจายความร้อนของพื้นผิวอีกด้วย.
4.จินไม: แนวปฏิบัติที่เป็นนวัตกรรมใหม่ของการฝังอุปกรณ์จ่ายไฟมาตรฐานลงใน PCB แพ็คเกจ
ต่อต้านพื้นหลังนี้, จินไม (ซึ่งเป็นบริษัทในเครือของ Infineon Technologies, ซึ่งเป็นตัวแทนของอินเฮง) ยื่นขอสิทธิบัตรแบบอรรถประโยชน์สำหรับ “PCB แพ็คเกจแบบฝังสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้ามาตรฐาน” (หมายเลขใบสมัคร: CN202323630195.1). สิทธิบัตรเสนอโครงสร้างบรรจุภัณฑ์ใหม่ที่รวมชิปพลังงานเข้าด้วยกัน, วงจรควบคุมและวงจรขับเคลื่อน, บัสบาร์และตัวต้านทานแบ่งลงใน PCB, บรรลุการบูรณาการและการแยกส่วนในระดับสูง.
โดยเฉพาะ, โครงสร้าง PCB ของสิทธิบัตรประกอบด้วยชั้นบรรจุภัณฑ์หกชั้น, โดยที่หน่วยขนส่งถูกจัดเตรียมไว้ระหว่างชั้นบรรจุภัณฑ์ที่สามและชั้นบรรจุภัณฑ์ที่สี่. หน่วยพาหะประกอบด้วยซับสเตรตทองแดง, พื้นผิวด้านบนมีร่อง, และด้านล่างด้านในของร่องจะเชื่อมต่ออย่างแน่นหนากับชิปกำลังผ่านชั้นที่เชื่อมต่อ. โครงสร้างนี้ไม่เพียงแต่ขยายพื้นที่การนำความร้อนเท่านั้น, แต่ยังลดผลกระทบของชั้นฉนวนต่อประสิทธิภาพการกระจายความร้อนด้วยการปรับเค้าโครงและความหนาของชั้นฉนวนให้เหมาะสม.
เป็นที่น่าสังเกตว่าโซลูชันการรวมของ Jinmai มีแนวโน้มที่จะได้รับการออกแบบโดยใช้ชิป S-cell ของ Infineon. เป็นผลิตภัณฑ์ดาวเด่นของ Infineon, ชิป S-cell ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในตลาดในด้านประสิทธิภาพและความเสถียรที่ยอดเยี่ยม. Jinmai นำไปใช้กับโซลูชันบรรจุภัณฑ์ของตัวเอง, ซึ่งช่วยเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันของผลิตภัณฑ์อย่างไม่ต้องสงสัย.
อย่างไรก็ตาม, ยังมีบางประเด็นที่ควรค่าแก่การสำรวจในโซลูชันนี้. ตัวอย่างเช่น, อุปกรณ์ไฟฟ้าถูกแยกออกจากพื้นผิวการนำความร้อนที่ติดตั้งด้วยชั้นฉนวน, และความหนาและการนำความร้อนของชั้นนี้มีผลกระทบต่อการต้านทานความร้อนมากขึ้น. แม้ว่าจะมีฐานทองแดงขนาดใหญ่เพื่อขยายพื้นที่นำความร้อน, การมีอยู่ของชั้นฉนวนจะยังคงมีข้อจำกัดบางประการเกี่ยวกับประสิทธิภาพการกระจายความร้อน. นอกจากนี้, ตัวต้านทานแบบแบ่งแบบฝังนั้นเหมาะสำหรับการใช้งานที่มีกำลังสูงหรือไม่ก็ควรค่าแก่การพูดคุยเช่นกัน. การสูญเสียกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่มีขนาดใหญ่, ค่าความต้านทานมีขนาดเล็กมาก, และการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะส่งผลต่อความแม่นยำหรือไม่ และประเด็นอื่น ๆ จำเป็นต้องมีการวิจัยและตรวจสอบเพิ่มเติม.
5.บริษัทแห่งหนึ่งในประเทศจีน: การสำรวจเชิงนวัตกรรมของพื้นผิวบรรจุภัณฑ์ชิปพลังงานแบบฝังและวิธีการบรรจุภัณฑ์
นอกจากจินไมแล้ว, บริษัทแห่งหนึ่งในจีนยังได้ดำเนินการสำรวจเชิงลึกในด้านเทคโนโลยี PCB แบบฝังอุปกรณ์ไฟฟ้าอีกด้วย. พวกเขาเสนอวัสดุพิมพ์บรรจุภัณฑ์แบบฝังชิปพลังงานและวิธีการบรรจุภัณฑ์, ซึ่งตระหนักถึงบรรจุภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพและการกระจายความร้อนของชิปพลังงานผ่านชิปเปลือย, พื้นผิวแข็ง, บอร์ดหลัก, ชั้นฉนวน, ชั้นโลหะภายนอก, รูตาบอดบนพื้นผิวชั้นโลหะ, เชื่อมต่อเสาและชั้นโลหะภายใน.
โซลูชันนี้ไม่เพียงแต่ปรับปรุงความหนาแน่นของบรรจุภัณฑ์และประสิทธิภาพการกระจายความร้อนเท่านั้น, แต่ยังช่วยลดต้นทุนบรรจุภัณฑ์และความยุ่งยากในการผลิตด้วยการปรับโครงสร้างภายในให้เหมาะสม. แนวปฏิบัติที่เป็นนวัตกรรมใหม่ของเซินเจิ้นเซาท์เซอร์กิตนี้ให้แนวคิดและทิศทางใหม่สำหรับการพัฒนาเทคโนโลยี PCB แบบฝังอุปกรณ์ไฟฟ้า.
6.แนวโน้มในอนาคต: ความเป็นไปได้ที่ไม่มีที่สิ้นสุดของเทคโนโลยี PCB แบบฝังของอุปกรณ์ไฟฟ้า
ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์, เทคโนโลยี PCB แบบฝังของอุปกรณ์ไฟฟ้าจะนำไปสู่โอกาสการพัฒนาที่กว้างขึ้น. ในด้านหนึ่ง, ด้วยการเกิดขึ้นของวัสดุใหม่และกระบวนการใหม่อย่างต่อเนื่อง, ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนของพื้นผิว PCB จะได้รับการปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้น; ในทางกลับกัน, ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของการผลิตอัจฉริยะและเทคโนโลยี Internet of Things, เทคโนโลยี PCB แบบฝังอุปกรณ์ไฟฟ้าจะใช้กันอย่างแพร่หลายในบ้านอัจฉริยะ, ยานพาหนะพลังงานใหม่, ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมและสาขาอื่นๆ, ให้การสนับสนุนอย่างแข็งแกร่งสำหรับนวัตกรรมและการพัฒนาในสาขาเหล่านี้.
ในอนาคต, เรามีเหตุผลที่เชื่อได้ว่าเทคโนโลยี PCB ที่ฝังอยู่ในอุปกรณ์จ่ายไฟจะยังคงขจัดปัญหาคอขวดทางเทคนิคและมีประสิทธิภาพมากขึ้น, โซลูชันบรรจุภัณฑ์และการกระจายความร้อนที่เชื่อถือได้และชาญฉลาด. นวัตกรรมทางเทคโนโลยีนี้จะนำเราไปสู่โลกอิเล็กทรอนิกส์ที่ดีขึ้น.
____________________________________________
