原创 陶瓷基板、金属基板、普通PCB基板区别

    电路板被很多人誉为电子产品之母，它是计算机、手机等消费电子产品的关键部件，在医疗、航空、新能源、汽车等行业有着广泛应用。近年来，电动汽车、电力机车以及半导体照明、航空航天、卫星通信等进入高速发展阶段，电子器件向大功率化，高频化、集成化方向发展，其元器件在工作过程中会产生大量的热量，这些热量如不能及时散去将影响芯片的工作效率，甚至造成半导体器件损坏而失效——对电子器件而言，通常温度每升高10℃，器件有效寿命就降低30%-50%，因此，为保证电子器件工作过程的稳定性，对电路板的散热能力提出了更高的要求。目前市场上的PCB从材料大类上来分，主要可以分为三种，普通PCB基板，金属基板，陶瓷基板。本文将重点讨论陶瓷基板、普通PCB基板、金属基板这三种常见的电子基板，比较他们的优劣，并分析三种基板各自的应用领域。

陶瓷基板是一种采用陶瓷材料制成的电子基板，属于无机材料，通常以氧化铝（Al2O3）、氮化铝（AlN）和氮化硅（Si3N4）等为主要成分，陶瓷基板具有良好的热导性、高频性和高温稳定性等特点，广泛应用于大功率、高频和高温等苛刻环境下的电子设备。

PCB板（Printed circuit board），是指印刷电路板，是一种以绝缘基材料为基础，上面分布着导电图案的电子基板，根据层数的不同，PCB板可以分为单面板、双面板和多层板，PCB板具有良好的设计灵活性，成本低和制作简单等特点。是目前电子产业中最常用的基本类型。

金属基板是由电路层（铜箔），绝缘介质层和金属底板三部分构成，其中金属基材作为底板，表面上附上绝缘介质层，与基材上面的铜箔共同构成导通的线路，具有散热性和机械加工性能佳的特点，目前应用最广泛的是是铝基板，铜基板。

1. 材料与热导性能

斯利通陶瓷基板采用陶瓷材料制成，是无机材料，热导率高，对热量的传导和散热能力强。氧化铝（Al2O3）的热导率为25-35w/m.k, 氮化铝（AlN）的热导率为170-230w/m.k，氮化硅（Si3N4）的热导率为80-100w/m.k。

普通PCB的基材为绝缘材料，热导率低，热量的传导和散热能力较弱。FR-4的热导率为0.3-0.4 w/m.k.

金属基板的基材为金属材料，热导率较高，铝基板的热导率为0.7-3w/m.k。铜基板的热导率为300-400w/m.k，主要用于汽车前灯，尾灯，无人机，但铜的价格昂贵，成本高，绝缘性差.

陶瓷基板具有较高的介电常数和介电损耗，使其在高频电路中具有优异的电气性能。氧化铝（Al2O3）的介电常数：9-10，介质损耗：3-10；氮化铝（AlN）的介电常数：8-10，介质损耗：3-10；氮化硅（Si3N4）的介电常数：8-10，介质损耗：0.001-0.1。

普通PCB板的介电常数和介质损耗相对较低，导致在高频电路中电气性能较差，PCB的介电常数：4.0-5.0，介质损耗：0.02--0.04.

金属基板的介电常数和介质损耗也相对较低，在高频电路中也具有较好的电器性能，铜基板的介电常数：3.0-6.0，介质损耗：0.01--0.03 铝基板的介电常数：2.5--6.0，介质损耗：0.01--0.04

3. 机械强度与可靠性

陶瓷基板具有较高的机械强度和抗弯曲性，同时在高温环境下和恶劣环境下有较高的可靠性和稳定性，氧化铝（Al2O3）的机械强度： 300Mpa-350Mpa，氮化铝（AlN）的机械强度：300Mpa-400Mpa，氮化硅（Si3N4）的机械强度 600Mpa-800Mpa.

普通PCB的机械强度较低，容易受到温度和湿度等因素的影响，导致其在高温和潮湿的环境下可靠性降低。普通PCB的机械强度 8Mpa-500Mpa，：

金属基板的机械强度较高，电子产品在工作时具有较高的散热性和电磁屏蔽性，铜基板的机械强度：600-800Mpa，铝基板的机械强度：200Mpa-300Mpa.

4. 成本与设计的灵活性

   普通PCB基板在制作工艺和设计灵活性方面具有明显优势，由于其基材为绝缘材料，制作成本较低，并且可根据需求设计各种层数的印刷电路板；

   铝基板的制作成本比较低，可以改善电路层面的散热。铜基板的导热性能很强，但铜的价格较贵，导致铜基板的制作成本较高，金属基板的绝缘性能很差，设计也有一定的局限性；

   陶瓷基板相对普通PCB 、铝基板的制作成本比较高，设计的灵活性也相对较低。

由于陶瓷基板，金属基板和普通PCB板各自的特点，导致他们在应用领域有一定的差异。

陶瓷基板由于其优异的热导性，高频特性和高温稳定性，更适用于大功率，高频和高温等苛刻环境下的电子设备，如通信设备，汽车电子，激光器，医疗设备等领域。同时，陶瓷基板在高端LED照明，太阳能光伏等产业有广泛应用。

金属基板有一定的导（散）热，电磁屏蔽，尺寸稳定等性能，近年来，在通信电源，汽车，摩托车，电动机，电器，办公自动化等领域得到了广泛的应用

普通PCB板因其成本低，设计灵活性好，适用于各类电子设备的基板，特别是对成本和设计灵活性要求较高的消费电子产品，如：手机，平板电脑，家用电器等领域。此外，PCB板在工业控制，航空航天等领域也有一定的应用。

陶瓷基板、金属基板与普通PCB板分别代表了三种不同类型的电子基板，各自具有一定的优劣。陶瓷基板在热导性，高频性和高温稳定性方面表现出色，适用于大功率和高频等苛刻环境下的电子设备。金属基板具有一定的导热性能，铝基板的导热率、成本较低，铜基板的热导率高，但铜的价格较贵，成本较高，绝缘性很差，需要做绝缘层处理，适用于一般导（散）热，电磁屏蔽，尺寸稳定等性能的电子产品。而PCB板以其成本低，设计灵活性好等优点，在消费电子领域应用广泛。斯利通建议在实际应用中需要根据产品的性能需求，使用环境，成本预算和设计要求等因素，合理选择陶瓷封装基板、金属基板或普通PCB板，以满足不同场景的需求。