陶瓷基板 VS FR-4，有哪些優(yōu)勢?？

傳統(tǒng)綠色電路板的玻璃化轉變溫度 (Tg) 可低至 130°C。這是電力電子應用中的一個問題，高元件密度和狹小的空間相結合會導致溫度升高。為了避免過早失效，答案是采用陶瓷基板。下面就來看看這個問題并解釋一下陶瓷的優(yōu)點。

傳統(tǒng)電路板結構

絕大多數電路板均采用 FR-4 制造。它是一種廉價的環(huán)氧樹脂浸漬玻璃纖維材料，非常適合要求不高的低功率應用。這也使其成為許多工程師開發(fā)新電路時的首選。遺憾的是，FR-4 的三個特性限制了其在電力電子應用中的使用：

?導熱系數低
?熱膨脹系數 (CTE) 低
?低Tg（一般在130至170°C范圍內）

導電性差會導致電路板上出現熱點。低 CTE 會導致電路板和銅層以及走線、焊點和組件之間存在差異膨脹。低 Tg 意味著板材會在相對較低的溫度下軟化和變形。

FR-4 板上的金屬結構改善了這個問題，但它們也占用空間。散熱器和散熱片可以散熱，但需要氣流。另外，還存在如何在高功率組件和散熱器之間建立良好結合的問題。最終，很明顯，可靠的電力電子設備需要 FR-4 板的替代品。這就是探索陶瓷基板的時候了。

陶瓷基板的類型

與 FR-4 一樣，陶瓷也是良好的電絕緣體。但與 FR-4 不同的是，陶瓷的導熱性可以與鋁散熱器相媲美。

陶瓷有許多不同類型，但其中三種作為基材尤其突出。它們是氧化鋁 (Al2O3)、氮化鋁 (AlN) 和氧化鈹 (BeO)。對于每一種，跡線都是通過將導電金屬漿料絲網印刷到陶瓷上形成的，然后進行烘烤或燒制。

厚膜陶瓷 PCB 使用金、銀或更常見的銅作為導體，并在略低于 1,000°C 的氮氣氣氛中烘烤。（氮氣氣氛可防止氧化。）替代制造方法是低溫共燒陶瓷 (LTCC) PCB 工藝和高溫共燒陶瓷 (HTCC) PCB 工藝。在 LTCC 中，走線通常是金，而 HTCC 則使用鎢和鉬。

陶瓷相對于FR-4的優(yōu)勢

從 FR-4 改用陶瓷 PCB 基板的主要好處是陶瓷如何應對高溫。上面提到的陶瓷基板是非常出色的熱導體，這意味著它們可以更好地將熱量從電路板設備轉移到散熱器中。這也可以防止局部熱點的形成。

為了比較，電導率值如下：
FR-4 0.8 – 1.1 W/mK
氧化鋁 24 – 29 W/mK
氮化鋁 180 – 230 W/mK
氧化鈹 170 – 280 W/mK

第二個好處是陶瓷基板的 CTE 與基板上的金屬跡線以及焊接到基板上的組件的 CTE 更接近。這有助于最大限度地減少可能導致元件和焊點斷裂的應力。

底線是這樣的：由于陶瓷基板能夠更好地將熱量從熱源帶走，因此在電力電子應用中，它們成為比 FR-4 更可靠的 PCB 基板材料，并允許設計人員實現更高功率密度的設計。然而，陶瓷還有另外兩個優(yōu)點。

在高頻電力電子應用中，FR-4 板可能會因走線和組件非常接近而受到寄生電容效應的影響。這會阻礙高頻響應，并且隨著電路板變得更加密集，這將成為一個更大的問題。陶瓷基板不會遇到這個問題。

陶瓷的耐濕性比 FR-4 好得多。FR-4 會吸收水分，這可能是船舶和車輛電力電子應用中的一個重要問題。相比之下，陶瓷則不存在這樣的問題。

考慮高溫應用中的耐用性

FR-4 長期以來一直是電路板的“首選”材料。它在許多應用中表現良好，但受到高溫和潮濕的挑戰(zhàn)。許多電力電子應用會產生大量熱量，使用 FR-4 基板意味著存在長期可靠性風險。尋求陶瓷基板并保護您的設備免于在高功率應用中過早失效。在高功率應用中使用陶瓷基板意味著更高的可靠性和更小的產品占地面積。

AMB金剛石覆銅板，可以用在哪里？

影響氮化鋁陶瓷基板的熱導率的因素有哪些？