什么是陶瓷PCB？

陶瓷PCB，即陶瓷印刷电路板，是一种先进的印刷电路板。它能提供出色的性能和可靠性，尤其适用于要求严苛的高性能电子应用。与由玻璃纤维或环氧树脂等有机材料制成的传统电路板不同，陶瓷PCB使用带来独特性能和功能的陶瓷材料。由于其出色的散热性能、载流能力、绝缘性和热膨胀系数，陶瓷PCB被广泛应用于大功率电子模块、航空航天和军用电子设备中。陶瓷PCB通过高温键合铜箔和陶瓷基板。在这种情况下，陶瓷PCB具有很强的结合力，铜箔不易脱落，在高湿高温环境下具有高可靠性和高性能稳定性。

陶瓷PCB常用材料

制造陶瓷PCB可使用的材料很多。在选择陶瓷PCB材料时，设计人员需要关注两个基本指标：PCB导热系数和热膨胀系数（CTE）。下面，我们将介绍陶瓷PCB最常用的材料。

1. 氧化铝（Al2O3）

氧化铝是陶瓷基板中最常用的基板材料，因为它在机械、热和电学性能方面比大多数其他氧化陶瓷具有更高的强度和化学稳定性，并且原材料来源丰富，适合各种技术制造和不同形状。根据氧化铝（Al2O3）的百分比，可分为75瓷、96瓷和99.5瓷。电学性能几乎不受氧化铝含量不同影响，但其机械性能和导热性差异很大。低纯度基板的玻璃相较多，表面粗糙度较大。基板纯度越高，表面越光滑、越致密，介电损耗越低，但价格也越高。

2. 氧化铍（BeO）

其导热性高于金属铝，用于需要高导热性的场合。超过300°C后温度迅速下降，但由于其毒性，其发展受到限制。

3. 氮化铝（AlN）

氮化铝陶瓷是以氮化铝粉为主要晶相的陶瓷。与氧化铝陶瓷基板相比，它具有更高的绝缘电阻和绝缘耐压，以及更低的介电常数。其导热性是Al2O3的7到10倍，其热膨胀系数（CTE）与硅晶圆的匹配度较高，这对于大功率半导体芯片至关重要。在生产工艺方面，AlN的导热性受残余氧杂质含量的影响很大。降低氧含量可以显著提高导热性。

陶瓷PCB双面

陶瓷PCB的类型

陶瓷PCB的类型和规格多种多样，每种类型都旨在满足特定的应用和要求。以下是一些常见的陶瓷PCB类型；

1. 单面陶瓷PCB：这是基础的陶瓷PCB，陶瓷基板上有一个导电层。通常用于需要高导热性但不需要复杂电路的应用。
2. 多层PCB：适用于复杂的电路设计、高密度互连以及需要信号完整性的应用。
3. 厚膜PCB：采用厚膜技术在陶瓷PCB上制作导电和电阻走线。厚膜PCB以其耐用性而闻名，在汽车和工业环境以及其他恶劣环境下的应用中表现良好。

陶瓷PCB还可以根据制造工艺分为不同类型；

1. 直接电镀铜（DPC）PCB：这是一种基于陶瓷薄膜工艺开发的陶瓷电路加工技术。以氮化铝/氧化铝陶瓷为电路基板，通过溅射在基板表面复合金属层，通过电镀和光刻形成电路。
2. 激光活化金属化（LAM）PCB：具有高精度和良好的结合强度。导电层可定制从1μm到1mm，并使用纯铜代替银浆，可以解决孔的导电性和结合强度问题，整体性能更稳定。
3. 直接键合铜（DBC）PCB：采用DBC方法，在沉积过程之前或期间，在铜和陶瓷之间引入适量的氧气。当需要140um（4oz）-350um（10oz）的高铜厚度时，使用此方法。
4. 低温共烧陶瓷（LTCC）PCB：LTCC技术使用与电容器相同的工艺制造各种陶瓷器件。它们被放置在850-900°C的烧结炉中形成。为了实现层之间的电气互连，必须在印刷前钻孔并填充银浆。
5. 高温共烧陶瓷（HTCC）PCB：在制造过程中，不添加玻璃材料。HTCC与LTCC的区别在于，HTCC PCB在约1600-1700°C的气氛中烘烤。HTCC PCB具有如此高的共烧温度，它们采用高熔点金属（如钨、钼或锰）制成的电路走线。在高温下，这些PCB可以正常运行而不会损坏，因为它们设计用于在恶劣环境下运行。

 

陶瓷PCB的优势

陶瓷PCB具有多种优势，使其成为需要高性能、高可靠性和高效率应用的理想选择。

1. 高导热性：Al2O3、AlN、SiC等陶瓷材料具有优异的导热性。这意味着陶瓷PCB可以有效散热，避免过热，并确保大功率电子设备能够正常可靠地工作。
2. 优异的电子性能：陶瓷材料具有低介电损耗和良好的电子性能，尤其是在高频下。这使得陶瓷PCB非常适合用于射频、微波和高速数字电路及类似应用，因为信号完整性和低信号损耗非常重要。
3. 机械强度和耐用性：与有机PCB相比，陶瓷PCB具有更好的机械强度和刚性。这种刚性使得陶瓷PCB能够承受机械应力、振动和冲击，并确保陶瓷PCB更适合在挑战性环境中使用。
4. 耐化学腐蚀性：陶瓷对化学品、溶液、酸和碱具有很强的抵抗力。这种抵抗力使得陶瓷PCB成为汽车、航空航天和工业等接触腐蚀性化学品的行业应用的理想选择。
5. 耐高温性：与传统的有机PCB相比，陶瓷PCB能承受更高的温度，这对于汽车和航空航天行业非常重要，因为电子产品必须在高温下可靠工作。
6. 尺寸更小：陶瓷PCB可以实现精密的电路、更小的元件和高密度互连，因此设计人员可以进行紧凑型设计。此功能对于需要更小尺寸而不牺牲性能的应用非常重要。
7. 信号完整性： 陶瓷PCB凭借其低介电损耗和高介电常数，尤其是在高频下，可以确保出色的信号完整性。凭借这一特性，陶瓷PCB非常适合高速数据传输和通信系统。
8. 恶劣环境兼容性：由于陶瓷具有耐热、耐化学性能，它可以在恶劣环境下良好工作，例如石油和天然气勘探、航空航天和军事应用。
9. 可靠性和长寿命：高热性能、坚固性和耐化学性的结合，有助于陶瓷PCB的长期可靠性，降低故障风险并延长电子设备的使用寿命。
10. 可定制：陶瓷PCB可以根据具体的设计要求进行定制，包括基材、层配置、布局、元件位置，确保设计人员可以根据应用优化电路。
11. EMI/EMC性能：陶瓷材料由于其电气特性和屏蔽能力，固有的EMI/EMC性能更佳。

陶瓷PCB侧视图

陶瓷PCB的缺点

如上所述，与其他PCB相比，陶瓷PCB有很多优点，但仍有一些潜在的缺点需要考虑。

1. 易碎：由于陶瓷的原始特性，在处理、组装和测试过程中容易碎裂。因此，工程人员在上述过程中需要更加注意陶瓷PCB。
2. 成本考量：陶瓷是一种价格合理的材料。然而，考虑到所有因素，它仍然比传统PCB贵得多。因此，设计人员需要考虑将设计制作为陶瓷PCB是否更具成本效益。

陶瓷PCB的应用

• 大功率电子模块，太阳能电池组件
• 高频电源开关，固态继电器
• 汽车电子、航空航天和军用电子产品
• 大功率LED照明产品
• 电信天线，汽车点火器

陶瓷PCB凭借其优异的导热性、高稳定性和卓越的性能，已成为大功率和高频应用的理想选择。在5G和新能源领域，它正推动电子技术朝着更高效、更可靠的方向发展，是未来高端电子制造的关键材料。

Jerico PCB自2009年以来，一直深耕陶瓷PCB制造领域16年。我们通过在新能源和电信领域提供可靠、高性能的陶瓷PCB制造服务，支持了从概念到原型再到批量生产的数百个项目。我们相信，做好我们擅长的事情，在客户的支持和信任下，我们会日益专业。今天就来谈谈您的陶瓷PCB项目，看看我们如何助您成功。