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陶瓷PCB电路板到底好在哪?

1.为什么要用陶瓷电路板

普通PCB通常是由铜箔和基板粘合而成,而基板材质大多数为玻璃纤维(FR-4),酚醛树脂(FR-3)等材质,粘合剂通常是酚醛、环氧等。在PCB加工过程中由于热应力、化学因素、生产工艺不当等原因,或者是在设计过程中由于两面铺铜不对称,很容易导致PCB板发生不同程度的翘曲。

PCB翘曲

而另一种PCB基板——陶瓷基板,由于散热性能、载流能力、绝缘性、热膨胀系数等,都要大大优于普通的玻璃纤维PCB板材,从而被广泛应用于大功率电力电子模块、航空航天、军工电子等产品上。

陶瓷基板

与普通的PCB使用粘合剂把铜箔和基板粘合在一起的,陶瓷PCB是在高温环境下,通过键合的方式把铜箔和陶瓷基片拼合在一起的,结合力强,铜箔不会脱落,可靠性高,在温度高、湿度大的环境下性能稳定。

2.陶瓷基板的主要材质

  • 氧化铝(Al2O3)

氧化铝是陶瓷基板中最常用的基板材料,因为在机械、热、电性能上相对于大多数其他氧化物陶瓷,强度及化学稳定性高,且原料来源丰富,适用于各种各样的技术制造以及不同的形状。按含氧化铝(Al2O3)的百分数不同可分为:75瓷、96瓷、99.5瓷。氧化铝含有量不同,其电学性质几乎不受影响,但是其机械性能及热导率变化很大。纯度低的基板中玻璃相较多,表面粗糙度大。纯度越高的基板,越光洁、致密、介质损耗越低,但是价格也越高。

  • 氧化铍(BeO)

具有比金属铝还高的热导率,应用于需要高热导的场合,温度超过300℃后迅速降低,但是由于其毒性限制了自身的发展。

  • 氮化铝(AlN)

氮化铝陶瓷是以氮化铝粉体为主晶相的陶瓷。相比于氧化铝陶瓷基板,绝缘电阻、绝缘耐压更高,介电常数更低。其热导率是Al2O3的7~10倍,热膨胀系数(CTE)与硅片近似匹配,这对于大功率半导体芯片至关重要。在生产工艺上,AlN热导率受到残留氧杂质含量的影响很大,降低含氧量,可明显提高热导率。目前工艺生产水平的热导率达到170W/(m·K)以上已不成问题。

综合以上原因,可以知道,氧化铝陶瓷由于比较优越的综合性能,在微电子、功率电子、混合微电子、功率模块等领域还是处于主导地位的。

对比了市面上相同尺寸(100mm×100mm×1mm)、不同材料的陶瓷基板价格:96%氧化铝9.5元,99%氧化铝18元,氮化铝150元,氧化铍650元,可以看出来不同的基板价格差距也比较大。

3.陶瓷PCB的优点和缺点

优点

  • 载流量大,100A电流连续通过1mm0.3mm厚铜体,温升约17℃;100A电流连续通过2mm0.3mm厚铜体,温升仅5℃左右;
  • 更好的散热性能,低热膨胀系数,形状稳定,不易变形翘曲。
  • 绝缘性好,耐压高,保障人身安全和设备。
  • 结合力强,采用键合技术,铜箔不会脱落。
  • 可靠性高,在温度高、湿度大的环境下性能稳定

缺点

  • 易碎,这是最主要的一个缺点,这也就导致只能制作小面积的电路板。
  • 价格贵, 电子产品的要求规则越来越多,陶瓷电路板还是用在一些比较高端的产品上面,低端的产品根本不会使用到。

4.陶瓷PCB的用途

  • 大功率电力电子模块,太阳能电池板组件等
  • 高频开关电源、固态继电器
  • 汽车电子、航空航天、军工电子产品
  • 大功率LED照明产品
  • 通信天线,汽车点火器

5.陶瓷基板展示

从整体性能来看,陶瓷基板的PCB要比普通的FR-4板材好很多,但是从成本角度来考虑,也很贵!所以,根据需要来进行选择!来看几款陶瓷电路板,找这种电路板图片真不容易。。。。

陶瓷电路板

陶瓷电路板

陶瓷电路板

陶瓷电路板

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本文分享自微信公众号 - 电子电路开发学习(mcu149),作者:wcc149

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原始发表时间:2020-04-17

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