什么是陶瓷PCB?

 

 

行业芯片元件和表面贴装技术(SMT)的发展,以有机层压板为基材的传统印刷电路板正朝着高密度、高精度、高可靠性的方向发展。毋庸置疑,陶瓷PCB作为一种相对较新的印刷电路板,已在电子行业广泛应用多年,是PCB设计人员更可行的选择,被认为是现代电子实现小型化的有效解决方案产品和电子组装技术。您会发现陶瓷PCB比传统印刷电路板具有优势,更重要的是,陶瓷PCB具有更高的导热性和最小的膨胀系数(CTE),用途更广泛,复杂性更小,性能更优越。

什么是陶瓷PCB?

 

 

什么是陶瓷PCB?

 

 

 

什么是陶瓷PCB?

 

什么是陶瓷PCB?
陶瓷PCB是一种导热陶瓷粉末和有机粘合剂,制备的导热有机陶瓷PCB导热系数为9-20W/m。换句话说,陶瓷PCB是一种以陶瓷为基材的印刷电路板,它是一种高导热材料,如氧化铝、氮化铝、氧化铍等,可以快速将热量从热点传出并散发出去。它覆盖整个表面。更重要的是,陶瓷PCB采用LAM技术制造,这是一种激光快速活化金属化技术。因此,陶瓷PCB具有高度的通用性,可以以更简单的结构取代整个传统印刷电路板,并具有增强的性能。

 

 

 

陶瓷PCB的类型

 

什么是陶瓷PCB?

根据制造方法,电子市场上的陶瓷PCB主要分为三种类型。
•高温陶瓷PCB
•低温陶瓷PCB
•厚膜陶瓷PCB

什么是陶瓷PCB?

 

 

什么是陶瓷PCB? 

 

 

什么是陶瓷PCB?
高温

什么是陶瓷PCB?
如您所知,高温可能是最流行的陶瓷类型。一般来说,专为高温设计的陶瓷PCB通常被认为是高温共烧陶瓷(HTCC)电路,它由陶瓷原料与溶剂、混合粘合剂、增塑剂、润滑剂以及氧化铝组成。

 

首先用陶瓷原料制作,然后在材料上进行涂层,然后在钨或钼金属上进行电路跟踪。最后,如果实现了电路跟踪,它可以在层压后将电路板在 1600 到 1700 摄氏度之间烘烤长达 48 小时。所有 HTCC 烘烤都是在气体环境中进行的,例如氢气。

 

什么是陶瓷PCB?
低温

什么是陶瓷PCB?
与HTCC不同的是,低温共烧陶瓷PCB是由水晶玻璃与粘合基板在金属板上结合金浆制成的。然后将电路板切割并层压,然后放入大约 900 摄氏度的气态烘箱中。


更重要的是,低温共烧陶瓷 PCB 通过更少的翘曲和渐进的收缩容限而受益。也就是说,与HTCC等陶瓷PCB相比,陶瓷PCB具有更好的机械强度和导热性。所以在使用LED灯等散热产品时,LTCC的散热优势是有优势的。

 

什么是陶瓷PCB?
厚膜陶瓷

什么是陶瓷PCB?
厚膜陶瓷PCB,其导体层的厚度可能超过10微米,但不超过13微米。一般来说,导体层是在陶瓷PCB表面印刷银或金钯。也就是说,厚膜陶瓷PCB包括金和介电浆料,是在陶瓷基材上完成的,工作后在1000摄氏度或以下的温度下进行浆料和背衬。所以厚膜陶瓷PCB由于金导体浆料成本高,被大多数PCB制造商广泛使用。

 

厚膜陶瓷PCB相对于传统PCB的主要优点是厚膜陶瓷可以保护铜不被氧化。所以陶瓷PCB制造商可以在陶瓷板上放置可互换的导体、半导体、导体、电容器或电阻器。在完成印刷和高温烧结的过程后,板上的所有元件都可以被激光修整到他们想要的值。

 

陶瓷PCB有多少层存在混淆,但它是由陶瓷PCB的类型决定的。陶瓷PCB的最少层数为两层,但根据产品的特性,可能会增加一些层数。

 

 

 

陶瓷PCB的优点

 

什么是陶瓷PCB?
散热是陶瓷相对于 FR-4 和金属覆层 PCB 等更传统材料的主要优势。由于组件直接放置在板上,并且没有隔离层,因此通过板上的热量流动要高效得多。此外,陶瓷材料可能会承受较高的工作温度(高达 350°C),此外,它的热膨胀系数 (CTE) 非常低,为 PCB 设计提供了额外的兼容性选项。

 

什么是陶瓷PCB?

与基板材料为环氧玻璃纤维、聚酰亚胺、聚苯乙烯和酚醛树脂的传统PCB相比,陶瓷PCB具有以下特性:
•优良的导热性
•抵抗化学侵蚀
•兼容的机械强度
•轻松实现高密度追踪
•CTA 组件兼容性

什么是陶瓷PCB?

 

什么是陶瓷PCB?

 

 

什么是陶瓷PCB?
所以可以看出陶瓷PCB如此受欢迎的原因有以下几点:

什么是陶瓷PCB?

 

什么是陶瓷PCB?
高热膨胀
陶瓷PCB广泛用于电子行业的原因之一是因为它具有高热膨胀系数。陶瓷基底的热导率非常接近硅,同时在大多数使用的连接金属下。不用说,它可以长时间发挥出色的隔离器的作用。因此,即使在高温下,陶瓷PCB的高导热性也具有最佳性能,因此可以用于许多设备。


稳定
由于使用陶瓷,介电性能稳定,平衡可以变成有限的射频损耗,增加了电子设备的适用性。更重要的是,尽管有外在的韧性,但由于陶瓷基板 PCB,陶瓷对大多数使用的化学品具有天然的抵抗力。因此,对化学品的抵抗力将变为对日常水分、溶剂和消耗品的抵抗力。 


多功能性
加入金属芯PCB可以实现很多高熔点的应用。由于烧结技术,贵金属浆料可以成为高度可靠的导体。因此,毫无疑问,陶瓷PCB的使用会影响高加工温度,而不同的器件适用于不同的工作温度。有趣的是,它还允许良好的导热性和热量分布到设备的不同位置。


耐用性
如您所知,陶瓷PCB制造过程具有耐久性。由于陶瓷的基本特性,特别是韧性,可以确保防止您的板子日常磨损。由于陶瓷PCB具有相当缓慢的老化特性,与基础PCB的一致性,可以更换,无需担心很快更换。更重要的是,它具有高耐热性,因为它可以转变为缓慢的分解过程,从而延长使用寿命。


适应性
最后,陶瓷PCB的突出优势之一是在工程过程中使用金属芯。它可以改成刚性载体,提供机械刚度,使其在流体和固体之间易于使用,粗糙度和耐磨性都很好,因此可以用于各种工业领域。

 

 

 

如何制造陶瓷PCB?

 

什么是陶瓷PCB?
首先,它可以使用银或金导电浆料在陶瓷PCB制造过程中的每一层中放置迹线连接。一般而言,金属元件或基材被放置在每一层中,采用逐层丝网印刷工艺。此外,它还可以在未烧毁的层中机械打孔,或用激光钻出微孔。

 

 

什么是陶瓷PCB?

 

 

什么是陶瓷PCB?
其次,在打印和堆叠陶瓷层之后,它将整个堆叠在烤箱中烘烤。一般来说,烧制陶瓷PCB所需的烧成温度在1000℃以下,与金银浆料的烧成温度相匹配。所以低温烘烤工艺是允许陶瓷PCB中的金或银的原因。


然而,多层 PCB 的热压/烘烤和烧结工艺可以轻松地将无源元件立即集成到陶瓷 PCB 的内层中。这在用 FR-4 材料制造的电路板中是不可能的,因此 PCB 设计人员可以增加内部层的元件和连接密度。

 

 

 

陶瓷PCB的应用

 

什么是陶瓷PCB?
现在陶瓷PCB因其高导热性、低CTE、低介电常数和耐化学侵蚀性而得到广泛应用。

 

 

什么是陶瓷PCB?

内存模块
例如,一家公司利用包含 4 个IC 芯片的多层陶瓷PCB制造了 1Mbit SRAM 内存模块,有助于实现高可靠性和高密度组装。此外,一家美国公司用陶瓷PCB制造了导弹、电信产品和航空航天产品。它们的共同特点是可以在极端环境下使用。多层陶瓷PCB和封装元件在弹头处具有足够的强度和抗冲击振动能力。

什么是陶瓷PCB?

 

什么是陶瓷PCB?

 

 

什么是陶瓷PCB?

接收/传输模块
用陶瓷PCB制造雷达接收/发射模块。氮化铝导热系数高,CTE低,为陶瓷PCB在收发模块中的应用奠定了良好的基础。

 

多层互连板
陶瓷PCB在同一PCB面积上的元件数量更多,以适应电子产品的小型化,陶瓷PCB在多层互连板的应用中的可能性更大。


模拟/数字印刷电路板
更重要的是,一家公司利用LTCC PCB制造模拟/数字PCB,从而将寄生电容降低了约十分之九。它不仅有效地克服了电路跟踪的串扰干扰,而且减小了电路的体积和重量。

什么是陶瓷PCB?

 

 

原文始发于微信公众号(展至科技):什么是陶瓷PCB?

作者 gan, lanjie

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