标签: 封装基板

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 。 陶瓷基板简介 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。 普通 PCB 简介 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。 金属基板简介 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。 陶瓷基板、金属基板和普通 PCB 板的区别与优劣 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。 F R -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- 3 w/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 . 2. 电气性能和高频性 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 8 Mpa- 500 Mpa ， ： 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 ： 6 00 - 8 00Mpa ， 铝基板的机械强度 ： 2 00Mpa- 3 00Mpa. 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。

讨论这个问题前，我们先来了解下什么是陶瓷电路板，什么是FR4线路板。 陶瓷线路板 ： 是一种基于陶瓷材料制造的线路板，也可以称为陶瓷PCB（Printed Circuit Board）。与常见的玻璃纤维增强塑料（FR-4）基板不同，陶瓷线路板使用陶瓷基板，可以提供更高的温度稳定性、更好的机械强度、更好的介电性能和更长的寿命。陶瓷线路板主要应用于高温、高频和高功率电路，例如LED灯、功率放大器、半导体激光器、射频收发器、传感器和微波器件等领域。 线路板 ： 是一种电子元器件基础材料，也称为电路板、PCB板（Printed Circuit Board）或印刷电路板。它是一种通过将金属电路图案印刷在非导电基材上，然后通过化学腐蚀、电解铜、钻孔等工艺制作出导电通路和组装电子元器件的载体。 下面是斯利通陶瓷基板和FR4基板的比较，包括它们的区别、优缺点对比 陶瓷基板与普通基板的区别 陶瓷线路板 斯利通陶瓷基板 应用领域从材料划分： 氧化铝陶瓷（Al2O3）：具有优异的绝缘性、高温稳定性、硬度和机械强度，适用于高功率电子设备。 氮化铝陶瓷（AlN）：具有高热导率和良好的热稳定性，适用于高功率电子设备和LED照明等领域。 氧化锆陶瓷（ZrO2）：具有高强度、高硬度和抗磨损性能，适用于高压电气设备。 从工艺划分： HTCC（高温共烧陶瓷）：适用于高温、高功率应用，如电力电子、航空航天、卫星通信、光通信、医疗设备、汽车电子、石油化工等行业。产品示例包括高功率LED、功率放大器、电感器、传感器、储能电容器等。 LTCC（低温共烧陶瓷）：适用于射频、微波、天线、传感器、滤波器、功分器等微波器件的制造。此外，还可用于医疗、汽车、航空航天、通信、电子等领域。产品示例包括微波模块、天线模块、压力传感器、气体传感器、加速度传感器、微波滤波器、功分器等。 DBC（直铜陶瓷）：适用于高功率功率半导体器件（如IGBT、MOSFET、GaN、SiC等）的散热，具有优异的热传导性能和机械强度。产品示例包括功率模块、电力电子、电动汽车控制器等。 DPC（直铜多层印制电路板）：主要用于高功率LED灯的散热，具有高强度、高导热和高电性能的特点。产品示例包括LED灯、UV LED、COB LED等。 LAM（混合陶瓷金属层板）：可用于高功率LED灯、电源模块、电动汽车等领域的散热和电性能优化。产品示例包括LED灯、电源模块、电动汽车电机驱动器等。 FR4线路板 FR4线路板 IC载板、软硬结合板和HDI盲埋孔板都是常用的PCB类型，它们应用于不同的行业和产品中，具体如下： IC载板：IC载板是一种常用的印刷电路板，主要用于电子设备中的芯片测试和生产。常见的应用行业包括半导体生产、电子制造、航空航天、军事等领域。 软硬结合板：软硬结合板是一种将柔性电路板与刚性电路板结合在一起的复合材料板，具有柔性和刚性电路板的优点。常见的应用行业包括消费电子、医疗设备、汽车电子、航空航天等领域。 HDI盲埋孔板：HDI盲埋孔板是一种高密度互连印制电路板，具有更高的线路密度和更小的孔径，以实现更小的封装和更高的性能。常见的应用行业包括移动通信、计算机、消费电子等领域。

黄石经济技术开发区.铁山区于2020年12月23日第一次公示了宏锐兴(湖北)电子有限责任公司 宏瑞兴封装基板项目 的环境影响评价，2021年4月6日再次发布该项目的环境影响报告书(征求意见稿)，同时，该项目于4月20日在采招网审批公示，目前已开建。 7月19日下午，黄石开发区党工委书记、铁山区委书记郭波带队调研全区在建重点工业项目，其中包括宏锐兴封装基板项目，郭波对项目建设的厂房标准、排污管网设计、主要产品内容等情况进行了详细了解，要求企业在项目建设过程中重视清洁生产，统筹协调好施工安排，为下一步的大规模施工提前做好各项准备。 项目详情 ①. 项目名称： 宏锐兴(HOREXS)封装基板项目IC substrate ②. 项目性质： 新建 ③. 项目投资： 8亿元 ④. 建设单位： 宏锐兴(湖北)电子有限责任公司，成立于2020.7.16， 注册资本8000万人民币 ，法定代表人刘畅 ⑤. 项目地点： 黄石经济技术开发区A6路以东林泰环保以北A7路以西，总征地 52666.29㎡(约79亩) ⑥. 建设内容： 新建3栋厂房，1栋宿舍楼、1栋办公楼，及相关配套公用设施和环保设施等，项目建成后可年产封装基板 100万㎡ ，其中一期可年产封装基板 36万㎡ 、二期可年产封装基板 76万㎡ 。 3栋厂房分两期建设，一期用地主要为厂区东侧，由北向南依次布置倒班楼、研发楼、生产车间、污水站及危险品仓库等；二期用地主要为厂区西侧，布置2栋生产车间。 企业官网：www.horexspcb.com ▼ 主体工程组 成一览表 ▼ 项目产品方案一览表

尤其是随着5G时代的到来，半导体芯片功率不断增加，轻型化和高集成度的发展趋势日益明显，散热问题的重要性也越来越突出，这无疑对封装散热材料提出了更为严苛的要求。如何做好芯片热管理，将会是很长一段时间内行业必须要面对的问题。 在功率型电子元器件的封装结构中，封装基板作为承上启下、保持内外电路导通的关键环节，兼有散热和机械支撑等功能。受到了越来越多的制造商的重视。 怎么样才算是好的基板材料？ 高热导率，低介电常数，有较好的耐热、耐压性能；有足够的强度、刚度，对芯片和电子元器件起到支撑和保护的作用；热膨胀系数接近芯片材料（如Si，GaAs），避免芯片的热应力损坏；成本尽可能低，满足大规模工业生产应用的需求；具有良好的加工、组装和安装性能。 陶瓷作为典型的无机非金属材料，似乎与金属站在了完全相反的位置上，但两者各自的优势又实在太突出，于是人们开始想法将陶瓷和金属结合起来，各显所长。陶瓷金属化技术就这么诞生了。多年来，陶瓷金属化一直是一个热门的课题，国内外学者都对其展开了深入的研究。 陶瓷材料的优势 1.低通讯损耗－陶瓷材料本身的介电常数使得信号损耗更小。 2.高热导率－芯片上的热量直接传导到陶瓷片上面，无需绝缘层，可以做到相对更好的散热。 3.更匹配的热膨胀系数－陶瓷和芯片的热膨胀系数接近，不会在温差剧变时产生太大变形导致线路脱焊、内应力等问题。 4.高结合力－斯利通陶瓷电路板产品的金属层与陶瓷基板的结合强度高，最大可以达到45MPa（大于1mm厚陶瓷片自身的强度）。 5.高运行温度－陶瓷可以承受波动较大的高低温循环，甚至可以在500-600度的高温下正常运作。 6.高电绝缘性－陶瓷材料本身就是绝缘材料，可以承受很高的击穿电压。 陶瓷用于电路中，必须首先对其金属化，即在陶瓷表面敷一层与陶瓷粘结牢固而又不易被熔化的金属薄膜，使其导电，随后用焊接工艺与金属引线或其他金属导电层相连接而成为一体。 可以说，陶瓷金属化效果的优劣，将直接影响最终的封装效果。 陶瓷金属化常用的制备方法主要有Mo-Mn法、活化Mo-Mn法、活性金属钎焊法、直接覆铜法(DBC)、磁控溅射法。 1、Mo-Mn法 Mo-Mn法是以难熔金属粉Mo为主，再加入少量低熔点Mn的金属化配方，加入粘结剂涂覆到Al2O3陶瓷表面，然后烧结形成金属化层。传统Mo-Mn法的缺点在于烧结温度高，能源消耗大，且配方中无活化剂的参与导致封接强度低。 2、活化Mo-Mn法 活化Mo-Mn法是在传统Mo-Mn法基础上进行的改进，改进的方向主要有：添加活化剂和用钼、锰的氧化物或盐类代替金属粉。这两类改进方法都是为了降低金属化温度。 活化Mo-Mn法的缺点是工艺复杂、成本高，但其结合牢固，能极大改善润湿性，所以仍是陶瓷-金属封接工艺中发明最早、应用范围比较广的工艺。 3、活性金属钎焊法 活性金属钎焊法也是一种应用较广泛的陶瓷-金属封接工艺，它比Mo-Mn法的发展晚10年，特点是工序少，陶瓷-金属的封接只需要一次升温过程就能完成。钎焊合金含有活性元素，如Ti、Zr、Hf和Ta，添加的活性元素与Al2O3反应，在界面处形成具有金属特性的反应层，这种方法可以很容易地适应大规模生产，与钼-锰工艺相比，这种方法相对简单经济。 活性金属钎焊法缺点在于活性钎料单一，导致其应用受到一定限制，且不适于连续生产，仅适合大件、单件生产或小批量生产。 4、直接敷铜法(DBC) DBC是在陶瓷表面(主要是Al2O3和AlN)键合铜箔的一种金属化方法，它是随着板上芯片(COB)封装技术的兴起而发展出来的一种新型工艺。其基本原理是在Cu与陶瓷之间引进氧元素，然后在1065～1083℃时形成Cu/O共晶液相，进而与陶瓷基体及铜箔发生反应生成CuAlO2或Cu(AlO2)2，并在中间相的作用下实现铜箔与基体的键合。 5、磁控溅射法 磁控溅射法是物理气相沉积的一种，是通过磁控技术在衬底上沉积多层膜，具有优于其他沉积技术的优点，如更好的附着力，更少的污染以及改善沉积样品的结晶度，获得高质量的薄膜。此法所得金属化层很薄，能保证零件尺寸的精度。DPC工艺支持PTH（电镀通孔）/Vias（导通孔）。可进行高密度组装－线/间距（L/S）分辨率可以达到20μm，从而实现设备的轻量化，小型化，集成化。 陶瓷金属化作为一种新型材料具有许多独特的优点，在不远的将来，陶瓷金属化材料必将大放光彩。斯利通作为一家专注于陶瓷金属化多年的高新技术企业，旗下生产的陶瓷基板一直广受制造商的喜爱。

随着科学技术的发展、新制备工艺的出现，高导热陶瓷材料作为新型电子封装基板材料，应用前景十分广阔。随着芯片输入功率的不断提高，大耗散功率带来的大发热量给封装材料提出了更新、更高的要求。 封装基板是连接内外散热通路的重要环节，兼有散热通道、电路连接和对芯片进行物理支撑的功能。陶瓷PCB以其优良的性能和逐渐降低的价格，在众多电子封装材料中显示出很强的竞争力，是未来功率型芯片封装发展的趋势。 对高功率产品来讲，其封装基板要求具有高电绝缘性、高导热性、与芯片匹配的热膨胀系数等特性。使用陶瓷电路板可以有效的延长产品寿命，节约空间，做到产品的小型化，节能环保也是陶瓷基板的一大优点,现在市场上使用比较普遍的是氧化铝(Al2O3) 陶瓷，氮化铝（AlN）陶瓷。 氧化铝(Al2O3) 陶瓷呈白色，热导率为20 W/(m-K) 30 W/(mK), 25°C~200°C温度范围内热膨胀系数为7.0 x 10-6/°C ~8.0 x 10-6/°C，弹性模量约为300 GPa，抗弯强度为300 MPa 400 MPa，介电常数为10，根据AI2O3粉料与添加剂的不同含量，可将AI2O3陶瓷分为75瓷、85瓷、96瓷、99瓷等不同牌号。氧化铝陶瓷具有原料来源丰富、价格低廉、绝缘性高、耐热冲击、抗化学腐蚀及机械强度高等 优点，是一种综合性能较好的陶瓷基片材料，占陶瓷基片材料总量的80%以上。但由于其热导率相对较低（99%氧化铝热导率约为30 W/（m-K），热膨胀系数较高，一般应用在汽车电子、半导体照明、 电气设备等领域。 氮化铝（AlN）陶瓷具有优良的热学、电学和力学性能。 氮化铝材料呈灰白色，陶瓷理论热导率可达 320 W/（mK）,其商用产品热导率一般为180 W/（m-K）~ 260 W/（m-K），25°C ~200°C温度范围内热膨胀系数为4 x 10-6/°C （与Si和GaAs等半导体芯片材料基本匹配），弹性模量为310GPa，抗弯强度为300MPa~340MPa，介电常数为8~10。 氮化铝陶瓷热导率为氧化铝陶瓷的6~8倍,但热膨胀系数只有其50%，此外还具有绝缘强度高、介电常数低、耐腐蚀性好等优势。除了成本较高外，氮化铝陶瓷综合性能均优于氧化铝陶瓷，是一种非常理想的电子封装基片材料。 社会的智能发展缺不了硬件支持，斯利通依靠品质过硬的产品和服务积累了数量可观的客户，陶瓷线路板的投入，将造福人们并为彻底改变人们的日常生活。尽管你可能不了解它，但是他在我们的生活中无处不在，陶瓷PCB不仅让我们的生活更轻松，还让我们的生活更智能和创新。