陶瓷基板 PCB：专家洞察与设计最佳实践

技术革命淘汰了导热差的传统 CEM-3 和 FR-4，市场转向高集成、良好散热系统（户外环境高耐热）的电路板。本文快速概述陶瓷基板 PCB。

什么是陶瓷基板？

陶瓷基板是一种特种工艺 PCB，在 250°C 高温下制造，导热系数 9-20W/m·K。制造商将铜箔直接结合到氮化铝 (AlN) 或氧化铝 (Al₂O₃) 表面。其电气热性能优于 PCB 行业大多数金属基板。

铜镀铝

陶瓷基板 PCB 优势

陶瓷基板 PCB 多重优势使其适配多种产品：

材料优势

• 铜层无氧化层，可在还原性气氛长期使用
• 强耐化学腐蚀，多功能/气密封装防吸水
• 高可靠性用于航天，抗宇宙射线，无有机成分
• 低热阻实现高密度组装
• 低高频损耗，良好绝缘性能，耐恶劣环境
• 高温焊接下仍有良好可焊性
• 更低更强的电阻金属膜（氧化铝陶瓷 PCB）
• 成本效益高，适合重载应用
• 热膨胀系数匹配更好，导热系数更高

技术优势

LAM 和 DPC 技术逐渐取代传统 DBC 和 LTCC 技术，原因包括：

• 激光钻孔技术精准、快速、高效，应用价值大
• 陶瓷与金属电路层结合强度高、电性能好
• 通孔连接提供定制化产品方案

电子电路板通孔镀层

陶瓷基板类型

按材料分

Al₂O₃

电子行业最常用。电气、热、机械性能优异，化学稳定、强度高，优于其他氧化物陶瓷。原料丰富。

氧化铝结构

应用： 适合制造多种形状陶瓷产品。

AlN（氮化铝陶瓷板）

两大特性：热膨胀系数匹配 Si；高导热率。缺点：比 Al₂O₃ 贵，薄氧化层影响导热。可通过工艺材料控制获得一致性好产品，技术进步或将降价。

应用： 电子材料基板(封装)、热沉从热点导热。

BeO

导热率高于金属铝，适合高导热应用。但有时有毒，较少开发。

结论： 氧化铝陶瓷凭借性能和综合表现主导多个领域，如功率模块、混合微电子、功率电子，提供高机械强度、化学稳定性、良好介电和热性能。

按制造工艺分

共烧陶瓷微电子

高温陶瓷 PCB/高温共烧多层陶瓷 (HTCC) 电路

耐温 >1300°C。工艺：混合润滑剂、氧化铝、粘合剂、增塑剂、溶剂制新陶瓷；涂覆新陶瓷并用钨、锰、钼贵金属走线；氢气氛围下 1300-1700°C 烧结 48 小时。高温共烧限制金属导体材料选择。

低温陶瓷 PCB/低温共烧陶瓷 (LTCC) 电路

用晶玻璃材料和有机粘结剂制造。涂覆金浆金属片，切割层压后置 900°C 气态炉烧结。优势：翘曲收缩优于 HTCC；机械强度和导热率优于其他基板。应用：无热产品如 LED 灯。

厚膜陶瓷 PCB

在陶瓷基材涂覆金和介质浆料，≤1000°C 烧结。防铜氧化，可在陶瓷板上用电阻、电容、导体、半导体、可互换导体等元件。

厚膜技术

担心氧化时首选。厚膜陶瓷 PCB 导电层不超 13 微米。

• DBC (直接键合铜)

利用含氧共晶液将金属铜直接置于陶瓷电路板。基本原理：沉积过程中或后在陶瓷与铜间引入适量 O₂，1065-1083°C 热力学范围形成 Cu-O 共晶液。

• DPC (直接镀铜)/铜镀基板

陶瓷基板预处理清洗 → 真空镀膜溅射结合铜金属复合层 → 黄光光刻光阻重曝光、显影、蚀刻 → 去膜 → 无电/电镀增厚电路 → 去光阻完成冶金化电路。

• LAM (激光活化冶金化)

高能激光束电离金属和陶瓷，使两者共同生长，增强冶金化过程结合力。

陶瓷 PCB 应用

凭借高导热、低介电常数等特性，陶瓷 PCB 应用于：

• 路灯、高亮照明
• 半导体工艺设备
• 通信设备
• 传感器

(不同类型传感器)

• 太阳能电池
• 汽车照明系统
• LED

(LED 灯泡)

• 数模 PCB
• 收发模块
• 太阳能电池阵列
• 固态继电器 (SSR)
• 高精度时钟振荡器 OCXOs、TCXOs、VCXOs
• 大功率电路
• 芯片级封装模块
• 存储模块

陶瓷 PCB VS FR4

基于多维度对比陶瓷多层板与 FR4 板材：

总结

陶瓷电路板在电子等行业高效适用，视制造需求和设计而定。提供热效率、良好导电性、机械强度等优质特性。想了解更多陶瓷基板材料请联系我们。