陶瓷PCB的全面介紹

隨著對耐用，可靠的微型，高密度，高功率和精密電子設(shè)備的不斷出現(xiàn)的需求，出現(xiàn)了在這些電子設(shè)備的設(shè)計(jì)和開發(fā)中的改進(jìn)范圍。因此，工程師在電子學(xué)的各個領(lǐng)域進(jìn)行了研究，尤其是在半導(dǎo)體電子學(xué)和印刷電路板領(lǐng)域（PCB），將更多電子產(chǎn)品集成到一個IC封裝中。因此，我們知道LSI和VLSI技術(shù)的出現(xiàn)，該技術(shù)在單個集成電路（IC）封裝中集成了數(shù)千個電子電路或門。隨著時間的流逝，這項(xiàng)技術(shù)得到了極大的發(fā)展，現(xiàn)在需要改進(jìn)將要安裝這些半導(dǎo)體IC的PCB。因此，設(shè)計(jì)師提出了盲孔，埋孔，過孔焊盤技術(shù)的解決方案，并引入了許多其他技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高密度互連（HDI）PCB。隨著密度的增加，功耗也隨之增加，從而產(chǎn)生更多的熱量。因此，普通的基于FR-4的基板PCB無法承受如此高的溫度，并且FR-4的熱特性達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，因此研究人員找到了“陶瓷PCB”形式的解決方案。

陶瓷PCB和FR-4 PCB有什么區(qū)別。

簡單的普通FR-4 PCB通常用于熱量和功耗不大的許多電子電路中?？梢酝ㄟ^功率電子設(shè)備散熱器，PCB上的散熱墊和散熱孔，金屬內(nèi)層以及使用VGA卡，微處理器或冷卻風(fēng)扇和風(fēng)道的各種其他方法來解決FR-4 PCB中的熱量產(chǎn)生問題，這些方法都是將熱量從FR-4 PCB表面散發(fā)出去。另一種主要類型的PCB，其中芯或基體通常是金屬，通常使用鋁，這些PCB稱為金屬芯PCB或（MCPCB）。強(qiáng)烈建議將這些類型的PCB用于LED照明設(shè)備，在這些照明設(shè)備中，大電流，高功率的LED耗散的熱量要比正常情況多，并且這些熱量可以通過PCB內(nèi)部的金屬芯從PCB散發(fā)出去，然后通過導(dǎo)熱膏通過散熱器散發(fā)到空氣中。

另一方面，陶瓷PCB以陶瓷芯為基礎(chǔ)。常用的陶瓷芯是氧化鋁（Al2O3），氧化鈹（BeO），氮化鋁（AlN），碳化硅（SiC）和氮化硼（BN）。Al2O3的導(dǎo)熱系數(shù)是FR-4的20倍，而SiC的導(dǎo)熱系數(shù)是FR-4的20倍，而BN是陶瓷PCB的最高導(dǎo)熱陶瓷基底材料。

上面提到的所有這些都是陶瓷，它們在傳導(dǎo)熱方面非常有力，同時又是良好的電絕緣體。這就是為什么它們在包含大電流承載組件（如功率二極管，IGBT，整流橋，大功率微波設(shè)備等）的PCB中被首選的原因。在多層FR-4 PCB中，由于不匹配而仍然存在“通孔斷裂”的可能性。銅導(dǎo)體和FR-4基板之間的熱膨脹系數(shù)（CTE）。由于FR-4的導(dǎo)熱能力不足，這種過孔破裂會發(fā)生在高功率器件位置（如開關(guān)穩(wěn)壓器）的FR-4 PCB上的“熱點(diǎn)”處，因此會發(fā)生不均勻的熱量分布。盡管陶瓷PCB的熱量分布均勻，因?yàn)樘沾苫宓臒崤蛎浵禂?shù)（CTE）與相應(yīng)的導(dǎo)電金屬（如金，鎢或鉬）相互匹配或接近。這樣，熱應(yīng)力不會在陶瓷PCB上的任何特定通孔上施加，而是均勻分布在整個陶瓷PCB板上。

陶瓷PCB比FR-4 PCB堅(jiān)韌，并能更好地承受振動和沖擊

與FR-4相比，陶瓷PCB在相同的作用力下不容易變形。這是因?yàn)樘沾砂宓臈钍夏Ａ啃∮?/span>FR-4板。

與FR-4 PCB相關(guān)的問題或?yàn)槭裁次覀冃枰沾?/span>PCB：

與FR-4相比，為什么需要大功率，大電流和高工作溫度器件的陶瓷PCB有兩個主要原因。

1-散熱：

如上所述，FR-4并不是良好的導(dǎo)熱體，而是良好的電絕緣體，因此除非得到風(fēng)扇和散熱器等有源冷卻元件的支撐，否則它無法自行有效地散熱或傳導(dǎo)熱量。高達(dá)350 O C的工作溫度。

2-熱膨脹系數(shù)（CTE）

第二個原因是FR-4基板與其導(dǎo)體金屬（即銅）之間的CTE不匹配。這將導(dǎo)致熱循環(huán)期間熱量分布不均勻，并可能損壞PCB的薄弱部位。

陶瓷PCB的共同特性：

1-非凡的導(dǎo)熱系數(shù)

2-機(jī)械強(qiáng)度好

3-高密度互連（HDI）易于在陶瓷PCB上實(shí)現(xiàn)

4- CTE與導(dǎo)電層，走線，組件的兼容性。

5-耐化學(xué)腐蝕

6-提供更好的高頻性能

7-熱膨脹系數(shù)（CTE）值低

8-可以包裝在防水密封包裝中

9-總體上降低了系統(tǒng)成本，尤其是前密集型包裝

10-不需要像OSP或HASL這樣的表面處理

11-痕跡可以用銀印刷并用玻璃保護(hù)。如果由于環(huán)境條件導(dǎo)致腐蝕成為問題，則可以進(jìn)行鍍金以保護(hù)裸露的銀墊

12-某些陶瓷材料的導(dǎo)熱系數(shù)為

根據(jù)PCB制造工藝的陶瓷PCB類型：

高溫共燒陶瓷（HTCC）PCB：

HTCC陶瓷基材的主要成分是氧化鋁，增塑劑，粘合劑，潤滑劑和溶劑。該混合物將形成未加工的陶瓷，然后將其壓延并幕涂。鎢或鉬可以用作電路印刷的金屬。接下來，將其暴露于高溫1700 O C，并在氫氣中烘烤32至48小時。然后將其層壓并切割。這適用于小尺寸的陶瓷板，并且由于不合適的收縮公差和不良的翹曲而不適用于大尺寸的陶瓷板

低溫共燒陶瓷（LTCC）PCB：

這是玻璃晶體和玻璃復(fù)合材料的組合。另外，還添加了其他成分，例如粘合劑和非玻璃成分。然后，使用高導(dǎo)電性的金漿創(chuàng)建電路走線，然后在氧化煤氣爐中以900 O C的高溫進(jìn)行處理/烘焙。

厚膜陶瓷PCB：

在此，將兩個交替的厚膜施加在陶瓷基底上。一種是金厚膜，另一種是電介質(zhì)厚膜，但由于金價(jià)格昂貴，因此實(shí)施了銅厚膜，這是陶瓷PCB的公認(rèn)技術(shù)。堆棧然后搬入到填充烘烤爐（銅的避免氧化），在其中在1000處理的氮?dú)?/span>ó C的溫度。介電糊劑是由氮?dú)猱a(chǎn)生的。

陶瓷PCB的應(yīng)用：

1-大電流高亮LED燈和射燈。

2-汽車電子設(shè)備，例如功率控制器，光學(xué)系統(tǒng)，功率轉(zhuǎn)換器和功率調(diào)節(jié)器

3-工業(yè)動力設(shè)備，例如伺服驅(qū)動器，機(jī)器人等

4-微處理器，圖形卡和IC陣列

5-半導(dǎo)體器件

6-基于大功率晶體管的音頻功率放大器

7-太陽能電池相關(guān)電路，逆變器，充電器等

8- DC-DC穩(wěn)壓器和電源管理電路等