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相较于其他材料,为什么陶瓷PCB更有优势

 时间:2024-02-01     浏览:171     分享

随着表面贴装技术(SMT)成为电子行业的支柱,印刷电路板PCB)正在从传统的有机层压板作为基板材料转向具有极高可靠性、度和精度的材料。这一要求来自于使电子产品变得更薄、更小,并且比以前具有更多功能的需要。

 

PCB陶瓷作为一种新型电路材料,受到业界的高度关注。除了非常有效地为现代电子产品的小型化提供解决方案外,陶瓷PCB还具有许多出色的功能特性,使其适用于许多领域,包括LED照明、半导体冷却器、高功率半导体模块、功率控制电路、电子加热器、智能功率器件、功率混合电路、高频开关电源、汽车电子、固态继电器、军工电子、航空航天、通信等。

 

为什么 PCB 使用陶瓷技术?

与普通材料制成的电路板相比,陶瓷技术具有显着的优势。一些主要优点是:

•高导热率——芯部金属含量96-98%

•热膨胀系数低——可靠性更高

•高表面硬度——更高的耐用性和更长的使用寿命

•高抗压强度

•高介电强度

•承受更高温度的能力

•高击穿电压

•不吸水

•高频下损耗低

•抗宇亩射线

•不含有机成分

•高密度装配,线/间距分辨率为 20 um

 

 

1: 金属芯PCB和陶瓷PCB的区别

 

陶瓷 PCB 的高导热性是工业界更喜欢使用它们的主要原因。FR-4 PCB 通常需要散热孔、内层金属平面、散热平台以及风扇等主动冷却设备,以将热量从热部件中带走。陶瓷 PCB 不需要任何这些元件,除非在极端情况下,因为 PCB 可以轻松地将热量传输到主动冷却元件、热着陆或设备封装。

 

虽然导热材料通常也是良好的电导体,但陶瓷材料不同,它们的电导率足够低,制造商可以将其用作 PCB 基板。此外,制造商还使用掺杂来调整陶瓷板的导电率。

 

低热膨胀系数和高表面硬度的其他优点增加了陶瓷材料的吸引力。尽管陶瓷 PCB 比传统材料制成的电路板更昂贵,但陶瓷 PCB 带来的好处远远超过了额外费用。大多数行业更出于必要而更喜欢使用这些昂贵的陶瓷板。

 

陶瓷PCB技术

陶瓷 PC8主要使用金属芯。不存在单一类型的陶瓷材料。该术语是指具有相似物理性质和化学结构的一类材料氮化铝板提供最高的导热率,但材料昂责。氧化铝板更便宜,但导热系数较低。然而,与常规金属芯印刷电路板相比,陶瓷 PCB 的热性能明显更好,因为它们不需要芯和电路走线之间的电绝缘层。

 

制造商还为淘瓷 PCB 的金属基底提供其他洗择,例如氮化研、氧化被和碳化硅,尽管许多制造商提供铜或金,但银是每层连接走线的常用材料。制造商使用逐层丝网印刷工艺来放置金属元件或基材。

 

陶瓷和金属箔之间的结合力高,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、高速度和高效率钻通孔,利用光刻技术将电路图案转移到金屋箔上后,制造商在图案上预镀一层铅锡抗蚀剂,并通过化学蚀刻掉未保护的部分以形成电路。去除锡铅层需要用硝酸溶液清洗

 

打印和堆叠陶瓷层后,制造商在烤箱中烧制整个堆栈,烘烤陶瓷板的烧制温度通常低于 1000C。较低的烧制温度与金属迹线的烧结温度相匹配,这使得低温烘烤工艺适合在陶瓷 PCB 上使用金/银作为金属迹线

 

与传统电路板不同,陶瓷 PCB 不采用 OSPHASL 或任何其他传统表面处理。然而,如果存在银腐蚀的可能性,则可以在外露焊盘上镀金

 

陶瓷 PCB 的类型

制造商提供三种基本类型的陶瓷板:

厚膜——这些板的导体层厚度超过 10 微米,由银或金制成。厚膜陶瓷 PCB 制造商可以通过印刷和高温烧结将电容器、电阳器导体和半导体放置在板上。激光微调可实现不同的电阻值。

薄膜——这些板的导体厚度小于 10 微米。薄膜陶瓷 PCB 适用于要求高精度、稳定性和性能的电路。微波电路广泛使用薄膜陶瓷PCB

DCB或直接铜粘合——这些板采用特殊技术,在高温高压下将铜结粘合在金属芯的一侧或两侧。DCB技术具有良好的导热性、高机械强度、优异的电隔离性、耐腐蚀性、良好的附着力、高可靠性以及出色的热循环能力。可以像蚀刻普通 FR4 PCB 一样蚀刻 DCB陶瓷板。

多层陶瓷PCB

与普通 PCB 一样,可以制造单层、双层和多层陶瓷 PCB。在多层陶瓷 PCB 中,高导热率可防止内部电路层和表面形成热点,因为陶瓷材料有助于在整个电路板上均匀传输热量。

 

由于 FR-4 和铜之间的热膨胀系数不匹配,多层 FR-4 板中的通孔在热循环过程中容易断裂。设计人员必须特别注意防止通孔故障。

 

陶瓷电路板的热膨胀系数与其导体迹线的值接近。这减少了热循环期间这些结构上的应力。电路板的高导热性还有助于确保热膨胀更加均匀,从而防止任何通孔受到大的应力。

 

 

 

2:多层陶瓷板

 

制造多层陶瓷板的烘烤和烧结工艺也可用于将无源元件直接集成到板的内层中。与 FR-4 板不同,设计人员可以增加陶瓷 PCB 内层的元件和连接密度。

 

结论

需要高频或高速电路板且必须能够承受恶劣环境的行业可以从陶瓷 PCB 的使用中受益。从 FR-4 改用陶瓷PCB 有利于重型工业设备和航空航天工业,大大提高了可靠性。尽管主要缺点是成本,但额外的花费是值得的

 

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【文章来源】:展至科技

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