隨著表面貼裝技術(SMT)成為電子行業的支柱，印刷電路板PCB)正在從傳統的有機層壓板作為基板材料轉向具有極高可靠性、密度和精度的材料。這一要求來自于使電子產品變得更薄、更小，并且比以前具有更多功能的需要。

PCB陶瓷作為一種新型電路材料，受到業界的高度關注。除了非常有效地為現代電子產品的小型化提供解決方案外，陶瓷PCB還具有許多出色的功能特性，使其適用于許多領域，包括LED照明、半導體冷卻器、高功率半導體模塊、功率控制電路、電子加熱器、智能功率器件、功率混合電路、高頻開關電源、汽車電子、固態繼電器、軍工電子、航空航天、通信等。

為什么 PCB 使用陶瓷技術?

與普通材料制成的電路板相比，陶瓷技術具有顯著的優勢。一些主要優點是:

?高導熱率——芯部金屬含量96-98%

?熱膨脹系數低——可靠性更高

?高表面硬度——更高的耐用性和更長的使用壽命

?高抗壓強度

?高介電強度

?承受更高溫度的能力

?高擊穿電壓

?不吸水

?高頻下損耗低

?抗宇畝射線

?不含有機成分

?高密度裝配，線/間距分辨率為 20 um

圖1: 金屬芯PCB和陶瓷PCB的區別

陶瓷 PCB 的高導熱性是工業界更喜歡使用它們的主要原因。FR-4 PCB 通常需要散熱孔、內層金屬平面、散熱平臺以及風扇等主動冷卻設備，以將熱量從熱部件中帶走。陶瓷 PCB 不需要任何這些元件，除非在極端情況下，因為 PCB 可以輕松地將熱量傳輸到主動冷卻元件、熱著陸或設備封裝。

雖然導熱材料通常也是良好的電導體，但陶瓷材料不同，它們的電導率足夠低，制造商可以將其用作 PCB 基板。此外，制造商還使用摻雜來調整陶瓷板的導電率。

低熱膨脹系數和高表面硬度的其他優點增加了陶瓷材料的吸引力。盡管陶瓷 PCB 比傳統材料制成的電路板更昂貴，但陶瓷 PCB 帶來的好處遠遠超過了額外費用。大多數行業更出于必要而更喜歡使用這些昂貴的陶瓷板。

陶瓷PCB技術

陶瓷 PC8主要使用金屬芯。不存在單一類型的陶瓷材料。該術語是指具有相似物理性質和化學結構的一類材料氮化鋁板提供最高的導熱率，但材料昂責。氧化鋁板更便宜，但導熱系數較低。然而，與常規金屬芯印刷電路板相比，陶瓷 PCB 的熱性能明顯更好，因為它們不需要芯和電路走線之間的電絕緣層。

制造商還為淘瓷 PCB 的金屬基底提供其他洗擇，例如氮化研、氧化被和碳化硅，盡管許多制造商提供銅或金，但銀是每層連接走線的常用材料。制造商使用逐層絲網印刷工藝來放置金屬元件或基材。

陶瓷和金屬箔之間的結合力高，表面平整度高。制造商使用中或小功率 F CO2 激光器以高精度、高速度和高效率鉆通孔，利用光刻技術將電路圖案轉移到金屋箔上后，制造商在圖案上預鍍一層鉛錫抗蝕劑，并通過化學蝕刻掉未保護的部分以形成電路。去除錫鉛層需要用硝酸溶液清洗。

打印和堆疊陶瓷層后，制造商在烤箱中燒制整個堆棧，烘烤陶瓷板的燒制溫度通常低于 1000C。較低的燒制溫度與金屬跡線的燒結溫度相匹配，這使得低溫烘烤工藝適合在陶瓷 PCB 上使用金/銀作為金屬跡線。

與傳統電路板不同，陶瓷 PCB 不采用 OSP、HASL 或任何其他傳統表面處理。然而，如果存在銀腐蝕的可能性，則可以在外露焊盤上鍍金。

陶瓷 PCB 的類型

制造商提供三種基本類型的陶瓷板:

厚膜——這些板的導體層厚度超過 10 微米，由銀或金制成。厚膜陶瓷 PCB 制造商可以通過印刷和高溫燒結將電容器、電陽器導體和半導體放置在板上。激光微調可實現不同的電阻值。

薄膜——這些板的導體厚度小于 10 微米。薄膜陶瓷 PCB 適用于要求高精度、穩定性和性能的電路。微波電路廣泛使用薄膜陶瓷PCB。

DCB或直接銅粘合——這些板采用特殊技術，在高溫高壓下將銅結粘合在金屬芯的一側或兩側。DCB技術具有良好的導熱性、高機械強度、優異的電隔離性、耐腐蝕性、良好的附著力、高可靠性以及出色的熱循環能力。可以像蝕刻普通 FR4 PCB 一樣蝕刻 DCB陶瓷板。

多層陶瓷PCB

與普通 PCB 一樣，可以制造單層、雙層和多層陶瓷 PCB。在多層陶瓷 PCB 中，高導熱率可防止內部電路層和表面形成熱點，因為陶瓷材料有助于在整個電路板上均勻傳輸熱量。

由于 FR-4 和銅之間的熱膨脹系數不匹配，多層 FR-4 板中的通孔在熱循環過程中容易斷裂。設計人員必須特別注意防止通孔故障。

陶瓷電路板的熱膨脹系數與其導體跡線的值接近。這減少了熱循環期間這些結構上的應力。電路板的高導熱性還有助于確保熱膨脹更加均勻，從而防止任何通孔受到大的應力。

圖2：多層陶瓷板

制造多層陶瓷板的烘烤和燒結工藝也可用于將無源元件直接集成到板的內層中。與 FR-4 板不同，設計人員可以增加陶瓷 PCB 內層的元件和連接密度。

結論

需要高頻或高速電路板且必須能夠承受惡劣環境的行業可以從陶瓷 PCB 的使用中受益。從 FR-4 改用陶瓷PCB 有利于重型工業設備和航空航天工業，大大提高了可靠性。盡管主要缺點是成本，但額外的花費是值得的。

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【文章來源】：展至科技

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