原创 陶瓷电路板材料

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。

　　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。

　　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。

　　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

　　陶瓷基板的制造

　　制造高純度的陶瓷基板是很困难的，大部分陶瓷熔点和硬度都很高，这一点限制了陶瓷机械加工的可能性，因此陶瓷基板中常常掺杂熔点较低的玻璃用于助熔或者粘接，使最终产品易于机械加工。Al2O3、BeO、AlN基板制备过程很相似，将基体材料研磨成粉直径在几微米左右，与不同的玻璃助熔剂和粘接剂(包括粉体的MgO、CaO)混合，此外还向混合物中加入一些有机粘接剂和不同的增塑剂再球磨防止团聚使成分均匀，成型生瓷片，最后高温烧结。深圳勤基电子——生产电路板的公司

　　目前陶瓷成型主要有如下几种方法：

　　辊轴轧制：将浆料喷涂到一个平坦的表面，部分干燥以形成黏度像油灰状的薄片，再将薄片送入一对大的平行辊轴中轧碾得到厚度均匀的生瓷片。

　　流延 ：浆料通过锋利的刀刃涂覆在一个移动的带上形成薄片。与其他工艺相比这是一种低压的工艺。

　　粉末压制：粉末在硬模具腔内并施加很大的压力(约138MPa)下烧结，尽管压力不均匀可能产生过度翘曲但这一工艺生产的烧结件非常致密，容差较小。

　　等静压粉末压制：这种工艺使用使用周围为水或者为甘油的模及使用高达69MPa的压力这种压力更为均匀所制成的部件翘曲更小。

　　挤压：浆料通过模具挤出这种工艺使用的浆料黏度较低，难以获得较小容差，但是这种工艺非常经济，并且可以得到比其他方法更薄的部件。