陶瓷PCB的全面介绍

随着对耐用，可靠的微型，高密度，高功率和精密电子设备的不断出现的需求，出现了在这些电子设备的设计和开发中的改进范围。因此，工程师在电子学的各个领域进行了研究，尤其是在半导体电子学和印刷电路板领域（PCB），将更多电子产品集成到一个IC封装中。因此，我们知道LSI和VLSI技术的出现，该技术在单个集成电路（IC）封装中集成了数千个电子电路或门。随着时间的流逝，这项技术得到了极大的发展，现在需要改进将要安装这些半导体IC的PCB。因此，设计师提出了盲孔，埋孔，过孔焊盘技术的解决方案，并引入了许多其他技术来实现高密度互连（HDI）PCB。随着密度的增加，功耗也随之增加，从而产生更多的热量。因此，普通的基于FR-4的基板PCB无法承受如此高的温度，并且FR-4的热特性达不到标准，因此研究人员找到了“陶瓷PCB”形式的解决方案。

陶瓷PCB和FR-4 PCB有什么区别。

简单的普通FR-4 PCB通常用于热量和功耗不大的许多电子电路中。可以通过功率电子设备散热器，PCB上的散热垫和散热孔，金属内层以及使用VGA卡，微处理器或冷却风扇和风道的各种其他方法来解决FR-4 PCB中的热量产生问题，这些方法都是将热量从FR-4 PCB表面散发出去。另一种主要类型的PCB，其中芯或基体通常是金属，通常使用铝，这些PCB称为金属芯PCB或（MCPCB）。强烈建议将这些类型的PCB用于LED照明设备，在这些照明设备中，大电流，高功率的LED耗散的热量要比正常情况多，并且这些热量可以通过PCB内部的金属芯从PCB散发出去，然后通过导热膏通过散热器散发到空气中。

另一方面，陶瓷PCB以陶瓷芯为基础。常用的陶瓷芯是氧化铝（Al2O3），氧化铍（BeO），氮化铝（AlN），碳化硅（SiC）和氮化硼（BN）。Al2O3的导热系数是FR-4的20倍，而SiC的导热系数是FR-4的20倍，而BN是陶瓷PCB的最高导热陶瓷基底材料。

上面提到的所有这些都是陶瓷，它们在传导热方面非常有力，同时又是良好的电绝缘体。这就是为什么它们在包含大电流承载组件（如功率二极管，IGBT，整流桥，大功率微波设备等）的PCB中被首选的原因。在多层FR-4 PCB中，由于不匹配而仍然存在“通孔断裂”的可能性。铜导体和FR-4基板之间的热膨胀系数（CTE）。由于FR-4的导热能力不足，这种过孔破裂会发生在高功率器件位置（如开关稳压器）的FR-4 PCB上的“热点”处，因此会发生不均匀的热量分布。尽管陶瓷PCB的热量分布均匀，因为陶瓷基板的热膨胀系数（CTE）与相应的导电金属（如金，钨或钼）相互匹配或接近。这样，热应力不会在陶瓷PCB上的任何特定通孔上施加，而是均匀分布在整个陶瓷PCB板上。

陶瓷PCB比FR-4 PCB坚韧，并能更好地承受振动和冲击

与FR-4相比，陶瓷PCB在相同的作用力下不容易变形。这是因为陶瓷板的杨氏模量小于FR-4板。

 

与FR-4 PCB相关的问题或为什么我们需要陶瓷PCB：

与FR-4相比，为什么需要大功率，大电流和高工作温度器件的陶瓷PCB有两个主要原因。

1-散热：

如上所述，FR-4并不是良好的导热体，而是良好的电绝缘体，因此除非得到风扇和散热器等有源冷却元件的支撑，否则它无法自行有效地散热或传导热量。高达350 O C的工作温度。

2-热膨胀系数（CTE）

第二个原因是FR-4基板与其导体金属（即铜）之间的CTE不匹配。这将导致热循环期间热量分布不均匀，并可能损坏PCB的薄弱部位。

陶瓷PCB的共同特性：

1-非凡的导热系数

2-机械强度好

3-高密度互连（HDI）易于在陶瓷PCB上实现

4- CTE与导电层，走线，组件的兼容性。

5-耐化学腐蚀

6-提供更好的高频性能

7-热膨胀系数（CTE）值低

8-可以包装在防水密封包装中

9-总体上降低了系统成本，尤其是前密集型包装

10-不需要像OSP或HASL这样的表面处理

11-痕迹可以用银印刷并用玻璃保护。如果由于环境条件导致腐蚀成为问题，则可以进行镀金以保护裸露的银垫

12-某些陶瓷材料的导热系数为

 

根据PCB制造工艺的陶瓷PCB类型：

高温共烧陶瓷（HTCC）PCB：

HTCC陶瓷基材的主要成分是氧化铝，增塑剂，粘合剂，润滑剂和溶剂。该混合物将形成未加工的陶瓷，然后将其压延并幕涂。钨或钼可以用作电路印刷的金属。接下来，将其暴露于高温1700 O C，并在氢气中烘烤32至48小时。然后将其层压并切割。这适用于小尺寸的陶瓷板，并且由于不合适的收缩公差和不良的翘曲而不适用于大尺寸的陶瓷板

低温共烧陶瓷（LTCC）PCB：

这是玻璃晶体和玻璃复合材料的组合。另外，还添加了其他成分，例如粘合剂和非玻璃成分。然后，使用高导电性的金浆创建电路走线，然后在氧化煤气炉中以900 O C的高温进行处理/烘焙。

厚膜陶瓷PCB：

在此，将两个交替的厚膜施加在陶瓷基底上。一种是金厚膜，另一种是电介质厚膜，但由于金价格昂贵，因此实施了铜厚膜，这是陶瓷PCB的公认技术。堆栈然后搬入到填充烘烤炉（铜的避免氧化），在其中在1000处理的氮气Ó C的温度。介电糊剂是由氮气产生的。

陶瓷PCB的应用：

1-大电流高亮LED灯和射灯。

2-汽车电子设备，例如功率控制器，光学系统，功率转换器和功率调节器

3-工业动力设备，例如伺服驱动器，机器人等

4-微处理器，图形卡和IC阵列

5-半导体器件

6-基于大功率晶体管的音频功率放大器

7-太阳能电池相关电路，逆变器，充电器等

8- DC-DC稳压器和电源管理电路等