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陶瓷基板、金属基板、普通PCB基板区别
发布时间:2023-10-14 09:34:20  作者:富力天晟  阅读量:377

    电路板被很多人誉为电子产品之母,是计算机、手机等消费电子产品的关键部件,在医疗、航空、新能源、汽车等行业有着广泛应用。近年来,电动汽车、电力机车以及半导体照明、航空航天、卫星通信等进入高速发展阶段,电子器件向大功率化,高频化、集成化方向发展,其元器件在工作过程中会产生大量的热量,这些热量如不能及时散去将影响芯片的工作效率,甚至造成半导体器件损坏而失效——对电子器件而言,通常温度每升高10℃,器件有效寿命就降低30%-50%,因此,为保证电子器件工作过程的稳定性,对电路板的散热能力提出了更高的要求。目前市场上的PCB从材料大类上来分,主要可以分为三种,普通PCB基板,金属基板,陶瓷基板。本文将重点讨论陶瓷基板、普通PCB基板金属基板这三种常见的电子基板比较他们优劣,并分析三种基板各自的应用领域

陶瓷基板简介

陶瓷基板是一种采用陶瓷材料制成的电子基板,属于无机材料,通常以氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)和氮化硅(Si3N4)等为主要成分,陶瓷基板具有良好的热导性、高频性和高温稳定性等特点,广泛应用于大功率、高频和高温等苛刻环境下的电子设备。

    

普通PCB简介

PCB板(Printed circuit board),是指印刷电路板,是一种以绝缘基材料为基础,上面分布着导电图案的电子基板,根据层数的不同,PCB板可以分为单面板双面板和多层板,PCB板具有良好的设计灵活性,成本低和制作简单等特点。是目前电子产业中最常用的基本类型。

金属基板简介

金属基板是由电路层(铜),绝缘介质层和金属底板三部分构成,其中金属基材作为底板,表面上附上绝缘介质层,与基材上面的铜箔共同构成导通的线路,具有散热性和机械加工性能佳的特点,目前应用最广泛的是是铝基板,铜基板。


陶瓷基板、金属基板和普通PCB板的区别与优劣

1. 材料与热导性能

斯利通陶瓷基板采用陶瓷材料制成,是无机材料,热导率高,对热量的传导和散热能力强。氧化铝(Al2O3)的热导率为25-35w/m.k, 氮化铝(AlN)的热导率为170-230w/m.k,氮化硅(Si3N4)的热导率为80-100w/m.k

普通PCB的基材为绝缘材料,热导率低,热量的传导和散热能力较弱。FR-4的热导率为0.3-0.4 w/m.k.

金属基板的基材为金属材料,热导率较高,铝基板的热导率为0.7-3w/m.k。铜基板的热导率为300-400w/m.k,主要用于汽车前灯,尾灯,无人机,但铜的价格昂贵,成本高,绝缘性差.

2. 电气性能和高频性

陶瓷基板具有较的介电常数和介电损耗,使其在高频电路中具有优异的电气性能。氧化铝(Al2O3)的介电常数:9-10,介质损耗:3-10;氮化铝(AlN)的介电常数:8-10,介质损耗:3-10;氮化硅(Si3N4)的介电常数:8-10,介质损耗:0.001-0.1

普通PCB板的介电常数和介质损耗相对较,导致在高频电路中电气性能较差,PCB的介电常数:4.0-5.0,介质损耗:0.02--0.04.

金属基板电常数和介质损耗也相对较低,在高频电路中也具有较好的电器性能,铜基板电常数3.0-6.0介质损耗0.01--0.03 铝基板的介电常数2.5--6.0介质损耗0.01--0.04


3. 机械强度与可靠性

陶瓷基板具有较高的机械强度和抗弯曲性,同时在高温环境下和恶劣环境下有较高的可靠性和稳定性,氧化铝(Al2O3)的机械强度: 300Mpa-350Mpa,氮化铝(AlN)的机械强度:300Mpa-400Mpa,氮化硅(Si3N4)的机械强度 600Mpa-800Mpa.

普通PCB的机械强度较低,容易受到温度和湿度等因素的影响,导致其在高温和潮湿环境下可靠性降低。普通PCB的机械强度 8Mpa-500Mpa

金属基板的机械强度较高,电子产品在工作具有较高的散热性和电磁屏蔽性,铜基板的机械强度600-800Mpa铝基板的机械强度200Mpa-300Mpa.

 

4. 成本与设计的灵活性

   普通PCB基板在制作工艺和设计灵活性方面具有明显优势,由于其基材为绝缘材料,制作成本较低,并且可根据需求设计各种层数的印刷电路板;

   铝基板的制作成本比较低,可以改善电路层面的散热。铜基板的导热性能很强,但铜的价格较贵,导致铜基板的制作成本较高,金属基板的绝缘性能很差,设计也有一定的局限性;

   陶瓷基板相对普通PCB 、铝基板的制作成本比较高,设计的灵活性也相对较低。

由于陶瓷基板,金属基板和普通PCB板各自的特点,导致他们在应用领域有一定的差异。

陶瓷基板由于其优异的热导性,高频特性和高温稳定性,更适用于大功率,高频和高温等苛刻环境下的电子设备,如通信设备,汽车电子,激光器,医疗设备等领域。同时,陶瓷基板在高端LED照明,太阳能光伏等产业有广泛应用

金属基板有一定的导(散)热,电磁屏蔽,尺寸稳定等性能,近年来,在通信电源,汽车,摩托车,电动机,电器,办公自动化等领域得到了广泛的应用

普通PCB板因其成本低,设计灵活性好,适用于各类电子设备的基板,特别是对成本和设计灵活性要求较高的消费电子产品,如手机,平板电脑,家用电器等领域。此外,PCB板在工业控制,航空航天等领域也有一定的应用。


陶瓷基板金属基板与普通PCB板分别代表了三种不同类型的电子基板,各自具有一定的优劣。陶瓷基板在热导性,高频性和高温稳定性方面表现出色,适用于大功率和高频等苛刻环境下的电子设备金属基板具有一定的导热性能,铝基板的导热率成本较低,铜基板的热导率高,但铜的价格较贵,成本较高,绝缘性很差,需要做绝缘层处理,适用于一般导(散)热,电磁屏蔽,尺寸稳定等性能的电子产品。而PCB板以其成本低,设计灵活性好等优点,在消费电子领域应用广泛。斯利通建议在实际应用中需要根据产品的性能需求,使用环境,成本预算和设计要求等因素,合理选择陶瓷封装基板金属基板或普通PCB板,以满足不同场景的需求。



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