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陶瓷PCB电路板有什么优势呢?
1.为什么要选择陶瓷电路板?
陶瓷基板,由于散热性能、载流能力、绝缘性、热膨胀系数等,都要大大优于普通的玻璃纤维PCB板材,从而被广泛应用于大功率电力电子模块、航空航天、电子等产品上。
普通PCB通常是由铜箔和基板粘合而成,而基板材质大多数为玻璃纤维(FR-4),酚醛树脂(FR-3)等材质,粘合剂通常是酚醛、环氧等。在PCB加工过程中由于热应力、化学因素、生产工艺不当等原因,或者是在设计过程中由于两面铺铜不对称,很容易导致PCB板发生不同程度的翘曲。
与普通的PCB使用粘合剂把铜箔和基板粘合在一起的,陶瓷PCB是在高温环境下,通过键合的方式把铜箔和陶瓷基片拼合在一起的,结合力强,铜箔不会脱落,可靠性高,在温度高、湿度大的环境下性能稳定。
2.陶瓷基板的材质有哪些?
氮化铝(AlN)
氮化铝陶瓷是以氮化铝粉体为主晶相的陶瓷。相比于氧化铝陶瓷基板,绝缘电阻、绝缘耐压更高,介电常数更低。其热导率是Al2O3的7~10倍,热膨胀系数(CTE)与硅片近似匹配,这对于大功率半导体芯片至关重要。在生产工艺上,AlN热导率受到残留氧杂质含量的影响很大,降低含氧量,可明显提高热导率。目前工艺生产水平的热导率达到170W/(m·K)以上已不成问题。
氧化铝(Al2O3)
氧化铝是陶瓷基板中常用的基板材料,因为在机械、热、电性能上相对于大多数其他氧化物陶瓷,强度及化学稳定性高,且原料来源丰富,适用于各种各样的技术制造以及不同的形状。按含氧化铝(Al2O3)的百分数不同可分为:75瓷、96瓷、99.5瓷。氧化铝含有量不同,其电学性质几乎不受影响,但是其机械性能及热导率变化很大。纯度低的基板中玻璃相较多,表面粗糙度大。纯度越高的基板,越光洁、致密、介质损耗越低,但是价格也越高。
氧化铍(BeO)
具有比金属铝还高的热导率,应用于需要高热导的场合,温度超过300℃后迅速降低,但是由于其毒性限制了自身的发展。
综合以上原因,可以知道,氧化铝陶瓷由于比较的综合性能,在微电子、功率电子、混合微电子、功率模块等领域还是处于主导地位的。
对比了市面上相同尺寸(100mm×100mm×1mm)、不同材料的陶瓷基板价格:96%氧化铝9.5元,99%氧化铝18元,氮化铝150元,氧化铍650元,可以看出来不同的基板价格差距也比较大。
3.陶瓷PCB的优势与劣势?
优点:
载流量大,100A电流连续通过1mm0.3mm厚铜体,温升约17℃;100A电流连续通过2mm0.3mm厚铜体,温升仅5℃左右;
更好的散热性能,低热膨胀系数,形状稳定,不易变形翘曲。
绝缘性好,耐压高,保障人身安全和设备。
结合力强,采用键合技术,铜箔不会脱落。
可靠性高,在温度高、湿度大的环境下性能稳定
缺点:
易碎,这是主要的一个缺点,这也就导致只能制作小面积的电路板。
价格贵, 电子产品的要求规则越来越多,陶瓷电路板还是用在一些比较的产品上面,低端的产品根本不会使用到。
深圳市赛孚电路科技有限公司成立于2011年,公司由多名电路板行业的级人士创建,是国内的PCB/FPC快件服务商之一。公司成立以来,一直专注样品,中小批量领域。快速的交付以及过硬的产品品质赢得了国内外客户的信任。公司是广东电路板行业协会会员企业,是深圳高新技术认证企业。拥有完善的质量管理体系,先后通过了ISO9001、ISO14000、TS16949、UL、RoHS认证。公司目前拥有员工300余人,厂房面积9000平米,月出货品种6000种以上,年生产能力为150000平方米。为了满足客户多样化需求,2017年公司成立了PCBA事业部,自有SMT生产线,为客户提供PCB+SMT一站式服务。 公司一直致力于“打造中国的PCB制造企业”。注重人才培养,倡导全员“自我经营”理念,拥有一支朝气蓬勃、敬业、经验丰富的技术、生产及管理队伍;专注于PCB的工艺技术的研究与开发,努力提升公司在PCB领域内的技术水平和制造能力.
公司产品广泛应用于通信、工业控制、计算机应用、航空航天、、医疗、测试仪器、电源等各个领域。我们的产品包括:高多层PCB、HDI PCB、PCB高频板、软硬结合板、FPC等特种高难度电路板,专注于多品种,中小批量领域。我们的客户分布全球各地,目前外销订单占比70%以上。
赛孚电路秉承“以人为本,客户至上”的企业经营理念,“以质量为根,服务为本 ” 的企业服务宗旨,坚持持之以恒的精神,全员参与质量改进,不断吸纳国际新技术,完善产品品质,积极吸引和培养管理及技术人才,以确保向客户提供更好的服务,为客户创造更多价值,与客户共同成长。
高精密度(HDI板)电路板的耐热性介绍
HDI板的耐热性能是HDI可靠性能中重要的一个项目,HDI板的板厚变得越来越薄,对其耐热性能的要求也越来越高。无铅化进程的推进,也提高了HDI板耐热性能的要求,而且由于HDI板在层结构等方面不同于普通多层通孔PCB板,因此HDI板的耐热性能与普通多层通孔PCB板相比有所不同,一阶HDI板典型结构。HDI板的耐热性能缺陷主要是爆板和分层。到目前为止,根据多种材料以及多款HDI板的耐热性能测试的经验,发现HDI板发生爆板机率大的区域是密集埋孔的上方以及大铜面的下方区域。
耐热性是指PCB抵抗在焊接过程中产生的热机械应力的能力, PCB在耐热性能测试中发生分层的机制一般包括以下几种:
1) 测试样品内部不同材料在温度变化时,膨胀和收缩性能不同而在样品内部产生内部热机械应力,从而导致裂缝和分层的产生。
2) 测试样品内部的微小缺陷(包括空洞,微裂纹等),是热机械应力集中所在,起到应力的放大器的作用。在样品内部应力的作用下,更加容易导致裂缝或分层的产生。
3) 测试样品中挥发性物质(包括有机挥发成分和水),在高温和剧烈温度变化时,急剧膨胀产生的内部蒸汽压力,当膨胀的蒸汽压力到达测试样品内部的微小缺陷(包括空洞,微裂纹等)时,微小缺陷对应的放大器作用就会导致分层。
HDI板容易在密集埋孔的上方发生分层,这是由于HDI板在埋孔分布区域特殊的结构所导致的。有无埋孔区域的应力分析如下表1。无埋孔区域(结构1)在耐热性能测试受热膨胀时,在同一平面上各个位置的Z方向的膨胀量都是均匀的,因此不会存在由于结构的差异造成的应力集中区域。当区域中设计有埋孔且埋孔钻在基材面上(结构2)时,在埋孔与埋孔之间的A-A截面上,由于基材没有收到埋孔在Z方向的约束,因而膨胀量较大,而在埋孔和焊盘所在的B-B截面上,由于基材受到埋孔在Z方向的约束,因而膨胀量较小,这三处膨胀量的差异,在埋孔焊盘与HDI介质和塞孔树脂交界处和附近区域造成应力集中,从而比较容易形成裂缝和分层。
HDI板容易在外层大铜面的下方发生分层,这是由于在贴装和焊接时,PCB受热,挥发性物质(包括有机挥发成分和水)急剧膨胀,外层大铜面阻挡了挥发性物质(包括有机挥发成分和水)的及时逸出,因此产生的内部蒸汽压力,当膨胀的蒸汽压力到达测试样品内部的微小缺陷(包括空洞,微裂纹等)时,微小缺陷对应的放大器作用就会导致分层。