陶瓷基PCB是一类以陶瓷为基体、金属导电层作为电路的高性能电路板。其主要优势在于高导热、高绝缘、耐高温,适用于高功率器件及需要稳定散热的电子模块。
结构通常包括:
陶瓷基体:氧化铝(Al?O?)、氮化铝(AlN)或氮化硅(Si?N?)作为绝缘和散热层;
金属层:铜、银、钼等,采用厚膜、薄膜、DBC或AMB工艺与陶瓷结合;
保护层:如覆铜膜或绝缘涂层,防止氧化或电气短路。
功率电子应用中的工艺要点
导热管理
高功率器件产生大量热量,陶瓷基PCB的高导热性可有效降低结温。氮化铝基板的导热系数可达 170–200 W/m·K,比传统FR-4高出数十倍,保证器件长期稳定运行。
绝缘性能与耐高温能力
陶瓷基板在高温环境下仍保持优异绝缘性能,适合IGBT模块、MOSFET、SiC器件等高功率应用。其耐温可达到 400℃ 以上,在激光焊接和高功率回流焊中保持稳定性。
厚铜与大电流设计
功率模块通常要求承载大电流。通过 DBC 或 AMB 技术将铜层牢固结合在陶瓷上,可实现厚铜设计(几十至百微米),提高电流承载能力,同时保证散热效率。
热膨胀匹配
不同材料的热膨胀系数差异可能导致应力集中,引起界面开裂。采用氮化铝等热膨胀系数接近硅或功率芯片的材料,有助于降低热应力,提高可靠性。
表面处理与焊接工艺
金属层可通过化学镀或电镀进行表面强化;
焊接过程中需控制温度梯度,避免陶瓷破裂或金属层脱落;
某些功率模块采用激光焊接,实现高精度连接。
应用场景
功率模块:IGBT、MOSFET、SiC器件的底板和散热基板;
激光器驱动板:确保高电流稳定输出;
光伏逆变器:承受高电流高温运行,保持长期可靠性。
行业趋势
多层陶瓷基板:实现更高密度电路布线;
新型导热材料:提升散热能力,满足大功率应用需求;
智能工艺控制:实时监测DBC、AMB工艺参数,确保一致性和可靠性。