電力電子陶瓷基板在FR-4中，究竟有哪些優(yōu)勢(shì)？

如今傳統(tǒng)綠色電路板的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)可低至130℃，這是電力電子應(yīng)用中的一個(gè)問題，在這些應(yīng)用中，高組件密度和小空間的組合可能會(huì)推高溫度。為了避免過早失效，答案是采用陶瓷基板。那么下面就來解答這個(gè)問題，并了解一下陶瓷的優(yōu)點(diǎn)。

一、傳統(tǒng)電路板的結(jié)構(gòu)
在絕大多數(shù)電路板都是用FR-4制造的，它是一種廉價(jià)的環(huán)氧樹脂浸漬玻璃纖維材料，適用于要求不高的低功率應(yīng)用。這也是許多工程師在開發(fā)新電路時(shí)的首選，不幸的是FR-4具有限制其在電力電子應(yīng)用中使用的三個(gè)特性：
1、導(dǎo)熱系數(shù)低；
2、低熱膨脹系數(shù)(CTE)；
3、低Tg（一般在130至170℃范圍內(nèi)）；

導(dǎo)電性差會(huì)導(dǎo)致板上出現(xiàn)熱點(diǎn)，低CTE會(huì)導(dǎo)致電路板和銅層以及走線、焊點(diǎn)和組件之間的差異膨脹，低Tg意味著板材可以在相對(duì)較低的溫度下軟化和變形。

FR-4板上的金屬結(jié)構(gòu)改善了這個(gè)問題，但它們也占用了空間。散熱器和散熱片可以散熱，但是需要?dú)饬?。另外，在高功率組件和散熱器之間建立良好的結(jié)合存在問題。最后很明顯可靠的電力電子設(shè)備需要替代FR-4板，那時(shí)是需要探索陶瓷基板的時(shí)候了。

二、陶瓷基板的種類
在與FR-4一樣，陶瓷也是良好的電絕緣體。與FR-4不同的是，陶瓷可以制成具有與鋁散熱器相媲美的導(dǎo)熱性。而有許多不同類型的陶瓷，但特別是其中三種作為基材脫穎而出，它們是氧化鋁（AI2O3）、氮化鋁（AIN）和氧化鈹（BeO）。對(duì)于每一個(gè)，跡線都是通過將導(dǎo)電金屬漿絲網(wǎng)印刷到陶瓷上形成的，然后將其烘烤或烤制。

厚膜陶瓷PCB使用金、銀或更常見的銅作為導(dǎo)體，并在略低于1000℃的氮?dú)鈿夥罩泻婵荆ǖ獨(dú)鈿夥湛煞乐寡趸Ｌ娲圃旆椒ㄊ堑蜏毓矡沾桑↙TCC）PCB工藝和高溫共燒陶瓷（HTCC）PCB工藝，在LTCC中跡線通常是金，而對(duì)于HTCC則使用鎢和鉬。與FR-4一樣，可以創(chuàng)建多層陶瓷PCB。

三、陶瓷基板相對(duì)于FR-4的優(yōu)勢(shì)
從FR-4切換到PCB陶瓷基板的主要好處是陶瓷如何處理高溫，上面提到的陶瓷基板是出色的熱導(dǎo)體，這就意味著它們?cè)趯崃繌碾娐钒逶O(shè)備中帶走并進(jìn)入散熱器方面做的更好，這也是防止了局部熱點(diǎn)的形成。為了比較，電導(dǎo)率值如下：
FR-4 0.8~1.1W/mk、氧化鋁28~35W/mk、氮化鋁140~180W/mk、氧化鈹170~280W/mk

第二個(gè)好處是陶瓷基板的CTE與基板上的金屬跡線和焊接到基板上的組件的CTE更接近，這有助于最大限度地減少，可能會(huì)導(dǎo)致元件和焊點(diǎn)斷裂的應(yīng)力。

底線是這樣的，因?yàn)樘沾苫鍖崃繌臒嵩磶ё叻矫孀龅酶茫陔娏﹄娮討?yīng)用中，所以制造出比FR-4更可靠的PCB基板材料。并允許設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)更高的功率密度設(shè)計(jì)，然而陶瓷還有另外兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

在高頻電力電子應(yīng)用中，F(xiàn)R-4板在走線和組件非?？拷牡胤娇赡軙?huì)受到寄生電容的影響。這會(huì)阻礙高頻響應(yīng)，并且隨著電路板變得越來越密集，這正成為一個(gè)更大的問題，陶瓷基板不會(huì)遇到這個(gè)問題。就像是陶瓷比FR-4更能保持水分，F(xiàn)R-4吸收水分，這在船舶和車輛電力電子應(yīng)用中可能是一個(gè)重要問題。相比之下，陶瓷基板則沒有這樣的問題。

四、陶瓷基板高溫下的耐用性
FR-4長(zhǎng)期以來一直是電路板的首選材料，它在許多應(yīng)用中表現(xiàn)良好，但受到高溫和濕度的挑戰(zhàn)。在許多電力電子應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生大量熱量，使用FR-4基板意味著要冒長(zhǎng)期可靠性的風(fēng)險(xiǎn)。要求陶瓷基板并保護(hù)你的設(shè)備在高功率應(yīng)用中免于過早失效，在大功率器件應(yīng)用中使用陶瓷基板意味著更高的可靠性和更小的產(chǎn)品占位面積。

【文章來源：展至科技】