一文解讀玻璃基板與陶瓷基板、PCB基板的優(yōu)缺點(diǎn)及適用領(lǐng)域

在半導(dǎo)體封裝和電子制造領(lǐng)域，基板材料的選擇對于設(shè)備性能和應(yīng)用效果至關(guān)重要。玻璃基板、柔性基板、陶瓷基板以及印刷電路板（PCB）基板各自具備獨(dú)特的性能特點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用場景。下面將詳細(xì)比較這些基板，分析其優(yōu)缺點(diǎn)及適用領(lǐng)域。

玻璃基板

圖玻璃基板應(yīng)用于3維集成（圖源：廈門云天）

優(yōu)點(diǎn)：

1、低介電常數(shù)： 玻璃基板具有較低的介電常數(shù)，能夠有效降低信號傳輸過程中的延遲與損耗，這對于高頻高速信號傳輸要求極高的現(xiàn)代芯片而言至關(guān)重要。 2、耐熱性和熱穩(wěn)定性較高： 玻璃的熱膨脹系數(shù)相對較低，在溫度變化時尺寸穩(wěn)定性較好，這對于一些對精度要求較高、在不同溫度環(huán)境下工作的電子器件來說非常關(guān)鍵，比如在高精度的微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）中，玻璃基板可以維持各部件相對位置的穩(wěn)定，避免因熱脹冷縮產(chǎn)生位移而影響器件功能。 3、高平整度： 玻璃基板的表面平整度高，有利于實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的線路制作與芯片封裝工藝。

4、優(yōu)異的電氣絕緣性能：

玻璃本身是優(yōu)良的絕緣體，在玻璃基板上通過一些特殊的通孔技術(shù)（如 TGV，Through Glass Via）實(shí)現(xiàn)金屬化導(dǎo)電通路后，能夠很好地隔離不同的導(dǎo)電線路，有效避免信號之間的串?dāng)_，對于高頻、高速信號的傳輸有著積極的作用。在一些先進(jìn)的通信模塊、高頻電路中，玻璃基板能夠保障信號的純凈性和傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

缺點(diǎn)：

1、成本高昂：

玻璃基板的成本受多種因素影響，對于普通的工業(yè)玻璃基板，成本相對適中，但如果是用于高端顯示或者高精度電子應(yīng)用的特殊玻璃基板，其制造成本往往較高，因?yàn)樯婕暗礁呔鹊某尚凸に嚒?a target="_blank">光學(xué)性能優(yōu)化以及表面處理等復(fù)雜工序，而且對原材料的純度等要求也較為嚴(yán)格。

2、加工難度大：

雖然玻璃基板具有良好的加工性能，但在精細(xì)打孔和切割方面存在技術(shù)挑戰(zhàn)。

3、脆性：

玻璃基板雖然硬度高，但表現(xiàn)出一定的脆性，抗沖擊性能較差，在受到外力撞擊或者彎折時容易破碎，這在一定程度上限制了它在一些需要具備一定柔韌性或者可能面臨較大外力沖擊場合的應(yīng)用.

陶瓷基板

圖應(yīng)用于IGBT組件封裝的直接覆銅陶瓷基板

優(yōu)點(diǎn)：

1、優(yōu)異的絕緣性能：確保電子元件的隔離和保護(hù)。

2、低介電常數(shù)：陶瓷基板的低介電常數(shù)有助于最小化信號損失和干擾，實(shí)現(xiàn)電路內(nèi)電信號的高效傳輸。

3、低熱膨脹系數(shù)和高熱導(dǎo)率：在高功率應(yīng)用中提供結(jié)構(gòu)完整性和有效散熱。

4、氣密性好和化學(xué)穩(wěn)定性：適用于需要高度防護(hù)的環(huán)境。

缺點(diǎn)：

1、脆性：盡管堅固，陶瓷基板仍然易碎，在加工和使用中需小心處理。

2、成本高：由于陶瓷材料本身的加工難度大，原材料成本以及生產(chǎn)過程中的高溫?zé)Y(jié)等特殊工藝成本，使得陶瓷基板總體成本較高，尤其是一些具備特殊性能（如高導(dǎo)熱、低介電常數(shù)等）的高性能陶瓷基板。

3、尺寸精確度略差：某些陶瓷基板的尺寸精確度需提升。

PCB基板

PCB基板結(jié)構(gòu)圖

優(yōu)點(diǎn)：

1、成本效益高：制造成本相對較低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

2、易于制造和加工：工藝成熟，適合多種電路設(shè)計和布局。

3、多層結(jié)構(gòu)：可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電路的多層布線，提高電路密度。

4、材料多樣性：原材料來源廣泛，可以根據(jù)需要選擇不同的材料和工藝（如FR-4、鋁基板等）來調(diào)整性能。

缺點(diǎn)：

1、熱穩(wěn)定和機(jī)械強(qiáng)度較低：

PCB 基板的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度在某些方面不如玻璃基板和陶瓷基板，在高溫環(huán)境下可能會出現(xiàn)變形、翹曲等問題，影響電子元件的安裝精度和電路的穩(wěn)定性；并且其散熱性能相對有限，對于大功率發(fā)熱元件的散熱支持不夠理想，往往需要額外添加散熱裝置來輔助散熱。

2、電氣性能有所限制：介電常數(shù)和信號損耗性能不如玻璃基板和陶瓷基板。

應(yīng)用場景的比較

玻璃基板在需要高頻高速信號傳輸?shù)膽?yīng)用中表現(xiàn)優(yōu)異，如顯示設(shè)備和高精度微機(jī)電系統(tǒng)。其高成本和脆性限制了在更為靈活或大批量低成本應(yīng)用中的使用。

陶瓷基板在高功率、高頻和高可靠性需求的應(yīng)用中表現(xiàn)出色，特別是在極端環(huán)境下的電子設(shè)備中。盡管其脆性和高成本是劣勢，但其機(jī)械強(qiáng)度和熱導(dǎo)率使其在某些關(guān)鍵應(yīng)用中成為首選。

PCB基板由于其成本效益和工藝成熟性，是大多數(shù)消費(fèi)電子、計算機(jī)和通信設(shè)備的首選。它提供了多層結(jié)構(gòu)的靈活性，適合復(fù)雜電路設(shè)計，但需要額外的設(shè)計來克服其在熱管理和機(jī)械強(qiáng)度上的不足。

綜上所述，玻璃基板、陶瓷基板和 PCB 基板各有其獨(dú)特的材料特性、電氣性能、應(yīng)用領(lǐng)域和成本結(jié)構(gòu)。在實(shí)際的電子制造及相關(guān)產(chǎn)業(yè)中，需要根據(jù)具體的產(chǎn)品功能需求、工作環(huán)境、成本預(yù)算等多方面因素綜合考量。