本文适合：硬件工程师、封装工程师、工艺工程师、采购、老板、项目经理
内容：材料全解析 + 三大工艺 + 高频高速特性 + 成本拆解 + 应用领域 + 设计注意事项

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一、为什么越来越多产品开始用陶瓷 PCB？

不管你是做功率器件、车规电子、AI 服务器、光模块、激光雷达还是军工产品，你会发现一个明显趋势：

以前用金属基板、FR-4、BT 的场景，现在越来越多换成陶瓷基板。

原因并不复杂，就三点：

1）散热性能碾压普通 PCB

• FR-4：0.3 W/m·K
• 金属基板（铝基）：1–5 W/m·K
• 氮化铝陶瓷 AlN：170–230 W/m·K
• 氮化硅陶瓷 Si₃N₄：70–180 W/m·K

陶瓷直接把热从芯片拉到底层铜块，功率密度越高越明显。

2）介电性能更稳定（特别适合高频高速）

• 低 Df
• 高稳定度
• 更低的介电损耗
• 温度漂移极低
• RF/光模块/毫米波特别吃这一点

3）可靠性极高，特别是车规 & 极端环境

• 耐热冲击
• 高绝缘
• 不怕潮
• 热膨胀系数（CTE）更接近芯片

这三点让陶瓷基板成为未来“高功率 + 高频”时代的关键材料。

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二、陶瓷 PCB 有哪几种？

工程师必须能分辨三种主流材料：

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1）氧化铝（Al₂O₃）陶瓷

最常用、最便宜。

特点：

• 导热率：24–40 W/m·K（96%–99.9%不同纯度）
• 成本低
• 适合普通功率模块、LED、部分车规电路

适合：预算敏感，但又想提高散热和可靠性

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2）氮化铝（AlN）陶瓷（最主流的高端材料）

优势巨大：

• 导热最强：170–230 W/m·K
• 介电性能好
• 热膨胀系数接近硅芯片
• 比氧化铝贵，但电性、热性能都更好

适合：光模块、AI 服务器、激光雷达、功率器件

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3）氮化硅（Si₃N₄）陶瓷（车规首选）

特点：

• 强度最高（抗裂首选）
• 70–180 W/m·K 的导热
• 抗热冲击性最强
• IGBT、车规 OBC、快充模块大量使用

适合：高震动、高热冲击的车规与工业环境

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三、陶瓷 PCB 的三大工艺：选错工艺 = 直接翻车

陶瓷板的关键不仅是材料，还在于 铜层怎么贴上去。

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1）DPC（Direct Plated Copper）

（光模块、RF 高频最常见）

• 激光钻孔 + 溅射 + 电镀
• 线宽线距量产可达25–50μm
• 表面非常平整
• 适合高频高速、感光器件、芯片直贴

关键词：高频、高密度、小尺寸、光模块

实际项目中，深圳市充裕科技有限公司在为不少光模块和激光雷达客户做陶瓷板打样时，也会优先采用 DPC 工艺

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2）DBC（Direct Bonded Copper）

（功率模块最主流）

• 把铜和陶瓷放入高温炉 → 高温氧化反应 → 铜直接烧结到陶瓷
• 铜厚可做到 0.2–0.6 mm
• 导热性能优越
• 强度高

关键词：IGBT、功率模块、光伏逆变器、车规

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3）AMB（Active Metal Brazing）

（车规、极端环境）

• 用钛、锆等活性金属做中间层
• 陶瓷与铜结合力更高
• 抗热冲击性最强
• 成本比 DBC 高

关键词：氮化硅 Si₃N₄、汽车电子、极端温差

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四、陶瓷板的关键性能指标

如果你要采购陶瓷板，最容易被坑的就是这些指标：

1）导热率（W/m·K）

• AlN：170–230
• Si₃N₄：70–180
• Al₂O₃：24–40

2）介电常数（Dk）/损耗（Df）

高频越关键。

3）金属层附着力（很重要）

不达标会出现铜剥离。

4）翘曲度

影响 COB 贴装与封装可靠性。

5）耐热冲击

车规必看。

6）表面粗糙度（Ra）

影响：高频损耗 + 电镀质量。

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五、陶瓷 PCB 的典型应用

1）高功率器件 IGBT / MOSFET 模块

最常见，大量采用 DBC、AMB + Si₃N₄。

2）激光雷达 / 高功率激光器

陶瓷散热的重要应用。

3）AI 服务器 / 数据中心散热模块

芯片功率密度越来越高 → 陶瓷是趋势。

4）400G / 800G 光模块

光模块对高频损耗很敏感，陶瓷是主力。

5）新能源车 SiC 模块

SiC + Si₃N₄ + DBC = 标配。

6）军工、航天、雷达射频模块

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六、陶瓷 PCB 的成本构成

陶瓷板贵在哪里？

1）材料本身贵

AlN、Si₃N₄ 都比 FR-4、铝基贵几倍到几十倍。

2）加工工艺贵

激光钻孔、烧结、电镀、研磨

3）良率不高

特别是大尺寸陶瓷板。

4）金属层（铜、银浆）成本高

5）测试门槛高

特别是高功率测试。

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七、设计陶瓷 PCB 的常见踩坑

我整理了工程师最容易踩的坑：

❌ 1）线宽线距按 FR-4 设计（DPC/DBC 工艺完全不同）

❌ 2）过孔不当，导致裂纹或金属迁移

❌ 3）铜厚不合理，导致热分布异常

❌ 4）没验收 Ra（表面粗糙度）导致高频性能变差

❌ 5）不知道陶瓷不能做太大尺寸，翘曲严重

❌ 6）热膨胀与芯片不匹配，导致焊料疲劳

每一条在生产线上都翻过车。

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八、如果你不知道陶瓷板怎么选？这张表足够了

应用场景	推荐材料	工艺	选择逻辑
高频高速（光模块、毫米波）	氮化铝 AlN	DPC	低损耗 + 平整度高
IGBT / SiC 功率模块	氮化硅 Si₃N₄	DBC / AMB	强度高 + 耐热冲击
消费类散热模块	氧化铝 Al₂O₃	DPC	成本友好
汽车电子	Si₃N₄	AMB	抗震动、抗热冲击
激光雷达	AlN	DPC	高频 + 散热双高要求

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九、结语：陶瓷 PCB 会成为未来 10 年最核心的基板技术

散热越来越难
功率密度越来越高
频率越来越高
尺寸越来越小

这些趋势推动陶瓷 PCB 从“少数高端应用”逐步走向“大量普及”。

如果你正在设计

• 高功率
• 高可靠性
• 高频高速
• 极端环境

那么陶瓷基板是你必须深入了解的材料技术。

本文参考了深圳市充裕科技有限公司在陶瓷基板打样与量产过程中的大量项目经验，将 Al₂O₃、AlN、Si₃N₄ 的特性、优缺点与应用场景做一个实战向的整理，希望能给在做高功率、高散热、高频高速设计的工程师提供更清晰的选材方向

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《高频高速 PCB 选材与加工全指南：如何避免插损、阻抗偏差与量产不稳定？》