בעולם המיקרואלקטרוניקה, אחת ההחלטות המשמעותיות ביותר בתכנון רכיבים היא בחירת המארז. המארז אינו רק "הקופסה" שמחזיקה את הרכיב – הוא קובע את העמידות, את הביצועים, את אורך חיי המוצר, ולעיתים גם את גודלו הסופי ואת משקלו. שני סוגי המארזים הקרמיים המובילים הם HTCC ו־LTCC, וכל אחד מהם מותאם לצרכים שונים.
אם המוצר מיועד לעבודה בתנאים קיצוניים של חום, או בתדרים גבוהים במיוחד, ההחלטה באיזה מארז להשתמש יכולה להיות קריטית. במאמר זה נבין מה ההבדלים בין הטכנולוגיות, מתי לבחור בכל אחת, ואיך לתכנן נכון כדי להשיג שילוב של אמינות, ביצועים ועלות אופטימלית.
מה זה HTCC ומה זה LTCC
High Temperature Co-fired Ceramic) HTCC) היא טכנולוגיה שבה שכבות קרמיקה מודפסות, נערמות זו על גבי זו ומחוממות יחד בטמפרטורות גבוהות מאוד – לרוב מעל 1,600 מעלות צלזיוס. בתהליך זה מתקבלת קרמיקה צפופה, קשיחה ובעלת אטימות גבוהה לגזים ולחות. היתרון הבולט שלה הוא היכולת לשמור על חוזק מכני וביצועים יציבים גם בחשיפה ממושכת לטמפרטורות קצה.Low Temperature Co-fired Ceramic) LTCC), לעומת זאת, מיוצרת בטמפרטורות נמוכות בהרבה – סביב 850 מעלות צלזיוס – מה שמאפשר שילוב חומרים מוליכים עדינים כמו כסף או נחושת. בנוסף, ניתן לייצר באמצעותה מבנים פנימיים מורכבים, כולל שכבות הולכה תלת־ממדיות, מסננים מובנים ורכיבים פסיביים בתוך המארז עצמו.
עמידות תרמית – הבחירה לעבודה בחום גבוה
במערכות הפועלות בסביבה חמה מאוד – למשל ליד מנועי סילון, במודולי הספק גבוה או בציוד תעשייתי כבד – HTCC לרוב תהיה הבחירה המועדפת. היא מספקת הגנה מצוינת לרכיבי ה־מעגל האלקטרוני מפני חום, ומונעת עיוותים או פגיעה במבנה גם לאחר אלפי שעות עבודה.
LTCC אמנם פחות עמידה לטמפרטורות קצה, אך עדיין מציעה ביצועים תרמיים טובים מאוד. היא מתאימה לרוב היישומים המסחריים והטכנולוגיים שבהם החום אינו מגיע לערכים קיצוניים במיוחד.
ביצועים בתדר גבוה – הטריטוריה של LTCC
ביישומי RF ומיקרוגל, LTCC מציעה יתרון ברור. השימוש בטמפרטורות נמוכות יחסית מאפשר שילוב חומרים בעלי מוליכות חשמלית גבוהה במיוחד, מה שמביא לאובדן אות מינימלי ולביצועים מצוינים בתדרים גבוהים.
במערכות כמו משדרים, אנטנות, מודולי GPS או מערכות תקשורת לווייניות, LTCC מאפשרת לשלב פילטרים, קווי הולכה ומעגלים מורכבים בתוך המארז עצמו – ובכך לחסוך מקום, לשפר את האינטגרציה ולהפחית משקל.
אטימות והגנה על הרכיבים
גם HTCC וגם LTCC מספקות אטימות טובה, אך המיקוד שונה:
- HTCC – מצטיינת בהגנה ארוכת טווח מפני חדירת לחות וגזים, בזכות הקרמיקה הצפופה שלה.
- LTCC – מציעה אטימות טובה אך עם יתרון בעיצוב גמיש יותר, כולל שילוב רכיבים פנימיים ומבנים תלת־ממדיים.
בשני המקרים, האטימות היא קריטית כדי לשמור על אמינות הרכיבים הפנימיים, במיוחד כאשר מדובר במוצרים המיועדים לשימוש בשטח או בתנאי סביבה משתנים.
בדיקות סביבה – שלב חובה לפני ייצור סדרתי
לפני שמתקדמים לייצור בכמויות, חשוב לבצע בדיקות סביבה מקיפות. בדיקות אלו מדמות את התנאים שבהם יעבוד המוצר בפועל:
- טמפרטורות קיצון
- מחזורי חימום וקירור
- רטט וזעזועים
- לחות גבוהה
- ואקום או שינויי לחץ
בדיקות אלו מוודאות שהמארז שומר על שלמותו ועל תפקודו, ושכל רכיבי המוצר – כולל המעגלים הפנימיים – ממשיכים לעבוד בצורה אמינה לאורך זמן.
שיקולי עלות ולוחות זמנים
בפרויקטים מסוימים, העלות וזמן הייצור חשובים לא פחות מהביצועים הטכניים:
- LTCC לרוב משתלמת יותר לייצור המוני, במיוחד אם יש צורך לשלב רכיבים פנימיים מורכבים בתוך המארז.
- HTCC עלולה להיות יקרה יותר ליחידה, אך היא מציעה אמינות גבוהה יותר בסביבות קצה – מה שיכול לחסוך עלויות תחזוקה והחלפה בעתיד.
הבחירה תלויה לא רק בתקציב הנוכחי, אלא גם בעלות הכוללת לאורך חיי המוצר.
התאמה לפי סוג הפרויקט
- פרויקטים עתירי חום – מערכות הספק גבוה, ציוד תעשייתי כבד, יישומים תעופתיים – יעדיפו לרוב HTCC.
- פרויקטים בתדר גבוה – מערכות RF, אנטנות, משדרים, מודולי תקשורת – ייהנו יותר מיתרונות ה־LTCC.
- פרויקטים משולבים – לעיתים כדאי לשלב בין שתי הטכנולוגיות, למשל בחלוקת תפקידי המארז לפי אזורים עם דרישות שונות.
שילוב עם תכנון המערכת
בחירה נכונה בין HTCC ל־LTCC חייבת להשתלב כבר בשלב התכנון הראשוני של המערכת. תכנון נכון של המארז משפיע על ניהול החום, על קיצור מסלולי הולכה, על מניעת הפרעות חשמליות ועל התאמת המארז לפתרונות קירור או חיבור מכני.
לכן, ההחלטה אינה רק בין שתי טכנולוגיות קרמיות – היא חלק מאסטרטגיית פיתוח כוללת שכוללת את בחירת החומרים, עיצוב ה־PCB או המעגל האלקטרוני, ואופן ההרכבה הסופי.
בחירה חכמה – הבסיס למוצר מצליח
ההחלטה בין HTCC ל־LTCC היא לא רק טכנית, אלא אסטרטגית. היא משפיעה על איכות המוצר, על שביעות רצון הלקוח, ועל התחרותיות בשוק. במציאות שבה לוחות הזמנים קצרים והתחרות עזה, שילוב בין טכנולוגיה נכונה, תכנון מוקפד ובדיקות איכות הוא מה שמבדיל בין מוצר טוב למוצר מצטיין.
בין אם אתם מפתחים אבטיפוס ראשון או נמצאים כבר בשלב ההזמנות, השקעת זמן בהבנה של היתרונות והחסרונות של כל טכנולוגיה ובביצוע בדיקות סביבה יסודיות תבטיח שהמוצר ישרת אתכם נאמנה לאורך שנים – גם בתנאים המאתגרים ביותר.
לייבנט - סוכנות דיגיטל לעסקים