普通PCB通常是由銅箔和基板粘合而成,而基板材質(zhì)大多數(shù)為玻璃纖維(FR-4),酚醛樹(shù)脂(FR-3)等材質(zhì),粘合劑通常是酚醛、環(huán)氧等。在PCB加工過(guò)程中由于熱應(yīng)力、化學(xué)因素、生產(chǎn)工藝不當(dāng)?shù)仍颍蛘呤窃谠O(shè)計(jì)過(guò)程中由于兩面鋪銅不對(duì)稱,很容易導(dǎo)致PCB板發(fā)生不同程度的翹曲。 而另一種PCB基板——陶瓷基板,由于散熱性能、載流能力、絕緣性、熱膨脹系數(shù)等,都要優(yōu)于普通的玻璃纖維PCB板材,從而被廣泛應(yīng)用于大功率電力電子模塊、航空航天、軍事電子等產(chǎn)品上。
PCB陶瓷板與傳統(tǒng)的FR-4主要優(yōu)勢(shì):1、導(dǎo)熱率更高2、更匹配的熱膨脹系數(shù)3、一種較硬,較低電阻的金屬膜氧化鋁陶瓷電路板4、基材的可焊性好,使用溫度高5、絕緣性好6、低頻損耗7、以高密度組裝。
陶瓷基板的主要材質(zhì)
氧化鋁(Al2O3)
氧化鋁是陶瓷基板中最常用的基板材料,因?yàn)樵跈C(jī)械、熱、電性能上相對(duì)于大多數(shù)其他氧化物陶瓷,強(qiáng)度及化學(xué)穩(wěn)定性高,且原料來(lái)源豐富,適用于各種各樣的技術(shù)制造以及不同的形狀。 按含氧化鋁(Al2O3)的百分?jǐn)?shù)不同可分為:75瓷、96瓷、99.5瓷。氧化鋁含有量不同,其電學(xué)性質(zhì)幾乎不受影響,但是其機(jī)械性能及熱導(dǎo)率變化很大。純度低的基板中玻璃相較多,表面粗糙度大。純度越高的基板,越光潔、致密、介質(zhì)損耗越低,但是價(jià)格也越高。
氧化鈹(BeO)
氧化鈹具有比金屬鋁還高的熱導(dǎo)率,應(yīng)用于需要高熱導(dǎo)的場(chǎng)合,溫度超過(guò)300℃后迅速降低,但是由于其毒性限制了自身的發(fā)展。
氮化鋁(AlN)
氮化鋁陶瓷是以氮化鋁粉體為主晶相的陶瓷。相比于氧化鋁陶瓷基板,絕緣電阻、絕緣耐壓更高,介電常數(shù)更低。其熱導(dǎo)率是Al2O3的7~10倍,熱膨脹系數(shù)(CTE)與硅片近似匹配,這對(duì)于大功率半導(dǎo)體芯片至關(guān)重要。在生產(chǎn)工藝上,AlN熱導(dǎo)率受到殘留氧雜質(zhì)含量的影響很大,降低含氧量,可明顯提高熱導(dǎo)率。目前工藝生產(chǎn)水平的熱導(dǎo)率達(dá)到170W/(m·K)以上已不成問(wèn)題。
陶瓷PCB優(yōu)點(diǎn) 載大,100A電流連續(xù)通過(guò)10.3厚銅體,溫升約17℃;100A電流連續(xù)通過(guò)20.3厚銅體,溫升僅5℃左右; 更好的散熱性能,低熱膨脹系數(shù),形狀穩(wěn)定,不易變形翹曲。 絕緣性好,耐壓高,保障人身安全和設(shè)備。 結(jié)合力強(qiáng),采用鍵合技術(shù),銅箔不會(huì)脫落。 可靠性高,在溫度高、濕度大的環(huán)境下性能穩(wěn)定。
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