氧化铝、氧化锆、氮化铝、碳化硅……非标定制陶瓷基片种类繁多,性能差异巨大。本文带你厘清材料特性、金属化工艺与应用场景,避开选型坑,精准匹配高功率、高频、高温等严苛工况需求。
你可能在电源模块、激光器或新能源汽车的IGBT里见过它:一块薄薄的、颜色不一的小片片,表面镀着银光闪闪的金属层——它就是非标定制陶瓷基片。
别小看这块“瓷片”,它可不是厨房里的碗碟。这类产品是电子封装和功率器件中的关键结构材料,学名叫“陶瓷基板”或“陶瓷电路基片”。
所谓“非标定制”,意思是你不能像买螺丝一样去标准件库里挑,而是根据尺寸、形状、孔位、金属线路图形甚至热导率等参数“按需下单”。
常见的材质包括氧化铝(Al₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)、氮化铝(AlN)和碳化硅(SiC),每种都有自己的“性格脾气”,适合不同战场。
选择哪种陶瓷,本质上是一场性能与成本的博弈。我们来一场“四大金刚”的实力PK:
氧化铝陶瓷——性价比之王。95%或99%纯度的氧化铝最常见,绝缘性好、机械强度高、价格亲民,适合大多数中低功率场景。但热导率一般(20-30 W/mK),高频损耗略高。
氮化铝陶瓷——散热高手。热导率高达170-220 W/mK,几乎是氧化铝的8倍!特别适合大功率LED、IGBT、射频模块这些“发热大户”。缺点是脆、贵,且对金属化工艺要求极高。
碳化硅陶瓷——全能战士。不仅热导率高(120-200 W/mK),还自带半导体属性,热膨胀系数与硅芯片接近,简直是功率模块的“天作之合”。不过成本也最高,主要用于高端军工、航天和电动汽车。
氧化锆陶瓷——韧性担当。以“耐磨抗摔”著称,常用于传感器、生物医疗等领域。但在电子基板中应用较少,因为电绝缘性和导热性不如前三者。
再好的陶瓷,不导电也没用。为了让电路走线附着上去,必须在表面“镀金属”——这个过程叫“金属化”。
常见工艺有三种:厚膜法(丝网印刷+烧结)、薄膜法(溅射/蒸发+光刻)和AMB(活性金属钎焊)。
厚膜便宜,适合精度要求不高的场合;薄膜精度高、线条细,适合高频高密度电路;AMB则是高端玩家,能把铜箔牢固地键合在氮化铝或碳化硅上,导热和导电性能双双拉满。
你可能会问:为什么有的基片背面也要镀金属?那是为了焊接或散热贴装,实现“双面散热”——这在高功率模块中至关重要。
顺便提一句,金属化图案可不是随便画的,需要客户提供精确的Gerber文件,就像PCB设计一样严谨。
定制非标陶瓷基片,最容易踩的三个坑:
第一,盲目追求高性能。不是所有项目都需要氮化铝或碳化硅。如果功率不高、散热压力小,用氧化铝更经济实惠。
第二,忽略加工极限。陶瓷很脆,太薄(如小于0.2mm)或异形开孔太多,良品率会暴跌,成本飙升。设计时要留足余量。
第三,低估金属化难度。特别是AMB工艺,对材料匹配和设备要求极高,国内能稳定量产的厂商不多,交期和价格都得提前确认。
建议:先明确你的核心需求——是散热优先?还是高频低损?或是极端环境稳定性?带着参数去找专业厂家沟通,而不是直接扔个图纸说“照做”。