為什么要用陶瓷電路基板
普通PCB通常是由銅箔和基板粘合而成,而基板材質(zhì)大多數為玻璃纖維(FR-4),酚醛樹(shù)脂(FR-3)等材質(zhì),粘合劑通常是酚醛、環(huán)氧等。在PCB加工過(guò)程中由于熱應力、化學(xué)因素、生產(chǎn)工藝不當等原因,或者是在設計過(guò)程中由于兩面鋪銅不對稱(chēng),很容易導致PCB板發(fā)生不同程度的翹曲。
而另一種PCB基板——陶瓷基板,由于散熱性能、載流能力、絕緣性、熱膨脹系數等,都要大大優(yōu)于普通的玻璃纖維PCB板材,從而被廣泛應用于大功率電力電子模塊、航空航天、軍工電子等產(chǎn)品上。
與普通的PCB使用粘合劑把銅箔和基板粘合在一起的,陶瓷PCB是在高溫環(huán)境下,通過(guò)鍵合的方式把銅箔和陶瓷基片拼合在一起的,結合力強,銅箔不會(huì )脫落,可靠性高,在溫度高、濕度大的環(huán)境下性能穩定。
2.陶瓷基板的主要材質(zhì)
氧化鋁(Al2O3)
氧化鋁是陶瓷基板中最常用的基板材料,因為在機械、熱、電性能上相對于大多數其他氧化物陶瓷,強度及化學(xué)穩定性高,且原料來(lái)源豐富,適用于各種各樣的技術(shù)制造以及不同的形狀。 按含氧化鋁(Al2O3)的百分數不同可分為:75瓷、96瓷、99.5瓷。氧化鋁含有量不同,其電學(xué)性質(zhì)幾乎不受影響,但是其機械性能及熱導率變化很大。純度低的基板中玻璃相較多,表面粗糙度大。純度越高的基板,越光潔、致密、介質(zhì)損耗越低,但是價(jià)格也越高。
氧化鈹(BeO)
具有比金屬鋁還高的熱導率,應用于需要高熱導的場(chǎng)合,溫度超過(guò)300℃后迅速降低,但是由于其毒性限制了自身的發(fā)展。
氮化鋁(AlN)
氮化鋁陶瓷是以氮化鋁粉體為主晶相的陶瓷。相比于氧化鋁陶瓷基板,絕緣電阻、絕緣耐壓更高,介電常數更低。其熱導率是Al2O3的7~10倍,熱膨脹系數(CTE)與硅片近似匹配,這對于大功率半導體芯片至關(guān)重要。在生產(chǎn)工藝上,AlN熱導率受到殘留氧雜質(zhì)含量的影響很大,降低含氧量,可明顯提高熱導率。目前工藝生產(chǎn)水平的熱導率達到170W/(m·K)以上已不成問(wèn)題。
綜合以上原因,可以知道,氧化鋁陶瓷由于比較優(yōu)越的綜合性能,在微電子、功率電子、混合微電子、功率模塊等領(lǐng)域還是處于主導地位的。
對比了市面上相同尺寸(100mm×100mm×1mm)、不同材料的陶瓷基板價(jià)格:96%氧化鋁9.5元,99%氧化鋁18元,氮化鋁150元,氧化鈹650元,可以看出來(lái)不同的基板價(jià)格差距也比較大。
3.陶瓷PCB的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
載流量大,100A電流連續通過(guò)1mm0.3mm厚銅體,溫升約17℃;100A電流連續通過(guò)2mm0.3mm厚銅體,溫升僅5℃左右;
更好的散熱性能,低熱膨脹系數,形狀穩定,不易變形翹曲。
絕緣性好,耐壓高,保障人身安全和設備。
結合力強,采用鍵合技術(shù),銅箔不會(huì )脫落。
可靠性高,在溫度高、濕度大的環(huán)境下性能穩定
缺點(diǎn)
易碎,這是最主要的一個(gè)缺點(diǎn),這也就導致只能制作小面積的電路板。
價(jià)格貴, 電子產(chǎn)品的要求規則越來(lái)越多,陶瓷電路板還是用在一些比較高端的產(chǎn)品上面,低端的產(chǎn)品根本不會(huì )使用到。
4.陶瓷PCB的用途
大功率電力電子模塊,太陽(yáng)能電池板組件等
高頻開(kāi)關(guān)電源、固態(tài)繼電器
汽車(chē)電子、航空航天、軍工電子產(chǎn)品
大功率LED照明產(chǎn)品
通信天線(xiàn),汽車(chē)點(diǎn)火器