陶瓷基板 VS FR-4，有哪些优势?？

传统绿色电路板的玻璃化转变温度 (Tg) 可低至 130°C。这是电力电子应用中的一个问题，高元件密度和狭小的空间相结合会导致温度升高。为了避免过早失效，答案是采用陶瓷基板。下面就来看看这个问题并解释一下陶瓷的优点。

传统电路板结构

绝大多数电路板均采用 FR-4 制造。它是一种廉价的环氧树脂浸渍玻璃纤维材料，非常适合要求不高的低功率应用。这也使其成为许多工程师开发新电路时的首选。遗憾的是，FR-4 的三个特性限制了其在电力电子应用中的使用：

?导热系数低
?热膨胀系数 (CTE) 低
?低Tg（一般在130至170°C范围内）

导电性差会导致电路板上出现热点。低 CTE 会导致电路板和铜层以及走线、焊点和组件之间存在差异膨胀。低 Tg 意味着板材会在相对较低的温度下软化和变形。

FR-4 板上的金属结构改善了这个问题，但它们也占用空间。散热器和散热片可以散热，但需要气流。另外，还存在如何在高功率组件和散热器之间建立良好结合的问题。最终，很明显，可靠的电力电子设备需要 FR-4 板的替代品。这就是探索陶瓷基板的时候了。

陶瓷基板的类型

与 FR-4 一样，陶瓷也是良好的电绝缘体。但与 FR-4 不同的是，陶瓷的导热性可以与铝散热器相媲美。

陶瓷有许多不同类型，但其中三种作为基材尤其突出。它们是氧化铝 (Al2O3)、氮化铝 (AlN) 和氧化铍 (BeO)。对于每一种，迹线都是通过将导电金属浆料丝网印刷到陶瓷上形成的，然后进行烘烤或烧制。

厚膜陶瓷 PCB 使用金、银或更常见的铜作为导体，并在略低于 1,000°C 的氮气气氛中烘烤。（氮气气氛可防止氧化。）替代制造方法是低温共烧陶瓷 (LTCC) PCB 工艺和高温共烧陶瓷 (HTCC) PCB 工艺。在 LTCC 中，走线通常是金，而 HTCC 则使用钨和钼。

陶瓷相对于FR-4的优势

从 FR-4 改用陶瓷 PCB 基板的主要好处是陶瓷如何应对高温。上面提到的陶瓷基板是非常出色的热导体，这意味着它们可以更好地将热量从电路板设备转移到散热器中。这也可以防止局部热点的形成。

为了比较，电导率值如下：
FR-4 0.8 – 1.1 W/mK
氧化铝 24 – 29 W/mK
氮化铝 180 – 230 W/mK
氧化铍 170 – 280 W/mK

第二个好处是陶瓷基板的 CTE 与基板上的金属迹线以及焊接到基板上的组件的 CTE 更接近。这有助于最大限度地减少可能导致元件和焊点断裂的应力。

底线是这样的：由于陶瓷基板能够更好地将热量从热源带走，因此在电力电子应用中，它们成为比 FR-4 更可靠的 PCB 基板材料，并允许设计人员实现更高功率密度的设计。然而，陶瓷还有另外两个优点。

在高频电力电子应用中，FR-4 板可能会因走线和组件非常接近而受到寄生电容效应的影响。这会阻碍高频响应，并且随着电路板变得更加密集，这将成为一个更大的问题。陶瓷基板不会遇到这个问题。

陶瓷的耐湿性比 FR-4 好得多。FR-4 会吸收水分，这可能是船舶和车辆电力电子应用中的一个重要问题。相比之下，陶瓷则不存在这样的问题。

考虑高温应用中的耐用性

FR-4 长期以来一直是电路板的“首选”材料。它在许多应用中表现良好，但受到高温和潮湿的挑战。许多电力电子应用会产生大量热量，使用 FR-4 基板意味着存在长期可靠性风险。寻求陶瓷基板并保护您的设备免于在高功率应用中过早失效。在高功率应用中使用陶瓷基板意味着更高的可靠性和更小的产品占地面积。

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