Новости

Домой > Новости > Новости о компании Керамические печатные платы против традиционных печатных плат: Полное руководство по производству, производительности и применению в 2025 году

События

Новости

Случаи

Свяжитесь с нами

001-512-7443871

sales@ltcircuit.com

Свяжитесь сейчас

Керамические печатные платы против традиционных печатных плат: Полное руководство по производству, производительности и применению в 2025 году

2025-10-23

В эпоху мощной электроники, связи 5G и устройств, работающих в экстремальных условиях (от электроинверторов до аэрокосмической авионики), выбор правильной печатной платы — это не просто проектное решение — это решающий фактор для надежности продукта. Керамические печатные платы и традиционные печатные платы FR4 представляют собой два разных пути: один оптимизирован для управления температурным режимом и суровых условиях, другой — для экономичности и универсальности.

Но чем они отличаются по изготовлению? Что обеспечивает лучшую целостность сигнала для высокочастотных приложений? И когда высокая цена керамических печатных плат оправдает вложения? В этом руководстве 2025 года подробно описана каждая важная деталь — от материаловедения и производственных рабочих процессов до тестов производительности, рентабельности инвестиций и реальных приложений — чтобы вы могли сделать идеальный выбор для своего проекта.

Ключевые выводы
a.Теплорегулирование не подлежит обсуждению: керамические печатные платы (AlN: 170–220 Вт/мК) превосходят традиционные FR4 (0,3 Вт/мК) в 500–700 раз по рассеиванию тепла, что критически важно для мощных устройств, таких как светодиодные и электронные инверторы.
b. Сложность производства увеличивает стоимость: керамические печатные платы требуют высокотемпературного спекания (1500°C+) и прецизионной металлизации, что обходится в 5–10 раз дороже, чем FR4, но обеспечивает в 10 раз больший срок службы в экстремальных условиях.
c.Приложение диктует выбор: используйте керамические печатные платы для сред с температурой 350°C+, высокочастотных радиочастот или систем высокой мощности; традиционного FR4 достаточно для бытовой электроники, бытовой техники и устройств с низким тепловыделением.
d.Превосходные электрические характеристики: керамические печатные платы имеют низкую диэлектрическую проницаемость (3,0–4,5) и тангенс угла потерь (<0,001), что делает их идеальными для 5G/ммволн и радиолокационных систем.
e.Совокупная стоимость владения (TCO) имеет значение: керамические печатные платы требуют более высоких первоначальных затрат, но более низких затрат на обслуживание/замену в критически важных приложениях (например, в аэрокосмической отрасли, медицинских устройствах).

Введение: Почему выбор материала печатной платы определяет ваш продукт
Печатные платы (PCB) являются основой каждого электронного устройства, но не все печатные платы созданы для решения одних и тех же задач.
a.Традиционные печатные платы (FR4): рабочая лошадка бытовой электроники — доступная, универсальная и надежная, рассчитанная на низкие и умеренные требования к теплу и мощности.
b.Керамические печатные платы: специалисты для экстремальных условий — превосходная теплопроводность, устойчивость к высоким температурам и низкие потери сигнала, но по более высокой цене.

По мере того, как устройства становятся более мощными (например, базовые станции 5G, силовые агрегаты электромобилей) и работают в более суровых условиях (например, промышленные печи, космос), разрыв между керамическими и традиционными печатными платами увеличивается. Это руководство поможет вам найти компромиссные решения и согласовать выбор печатной платы с уникальными потребностями вашего проекта.

Глава 1. Основные определения. Что такое керамические печатные платы и традиционные печатные платы?
Прежде чем углубиться в производство и производительность, давайте уточним основы:

1.1 Керамические печатные платы
В керамических печатных платах используются керамические подложки (оксид алюминия, оксид бериллия или нитрид кремния) вместо органических материалов, таких как стекловолокно. Керамическая подложка действует как механическая основа и проводник тепла, что устраняет необходимость в отдельных радиаторах во многих мощных конструкциях.
Ключевые черты:
а.Теплопроводность: 24–220 Вт/мК (против 0,3 Вт/мК для FR4).
б.Температурная стойкость: от -40°C до 850°C (против 130–150°C для FR4).
c.Электрическая изоляция: Высокая диэлектрическая прочность (15–20 кВ/мм) для применения под высоким напряжением.

1.2 Традиционные печатные платы
Традиционные печатные платы (чаще всего FR4) используют органические подложки — ткань из стекловолокна, пропитанную эпоксидной смолой, — с медными слоями для проводящих дорожек. Они являются отраслевым стандартом для повседневной электроники благодаря балансу стоимости, гибкости и производительности.
Ключевые черты:
Теплопроводность: 0,3–1,0 Вт/мК (FR4; варианты с металлическим сердечником достигают 10–30 Вт/мК).
Термостойкость: 130–150°С (стандартный FR4; FR4 с высокой Tg достигает 170–180°С).
Экономическая эффективность: затраты на материалы и производство в 5–10 раз ниже, чем у керамических печатных плат.

Таблица быстрого сравнения: основные черты

Черта	Керамическая печатная плата (AlN)	Традиционная печатная плата (FR4)
Материал подложки	Нитрид алюминия (AlN)	Стекловолокно + эпоксидная смола (FR4)
Теплопроводность	170–220 Вт/мК	0,3 Вт/мК
Максимальная рабочая температура	350°C+ (до 850°C для BeO)	130–150°С
Диэлектрическая проницаемость (Дк)	8,0–9,0 (стабилен на высоких частотах)	4,2–4,8 (зависит от температуры/частоты)
Диэлектрические потери (Df)	<0,001 (10 ГГц)	0,01–0,02 (10 ГГц)
Механическая жесткость	Высокий (хрупкий, негибкий)	Умеренный (существуют гибкие варианты)
Стоимость (за кв. фут)	5–50 долларов	1–8 долларов

Глава 2: Производственный процесс – как они производятся (шаг за шагом)
Самые большие различия между керамическими и традиционными печатными платами начинаются с производства. Керамические печатные платы требуют специального оборудования и высокотемпературных процессов, в то время как традиционные печатные платы используют зрелые, масштабируемые рабочие процессы.

2.1 Процесс производства керамических печатных плат
Керамические печатные платы следуют высокоточному рабочему процессу, в котором приоритет отдается тепловым и электрическим характеристикам. Ниже приведены ключевые шаги (используемые такими лидерами отрасли, как LT CIRCUIT):

Шаг	Детали процесса	Необходимое оборудование/технологии
1. Выбор субстрата	Выберите керамический материал (Al2O3 для стоимости, AlN для термического воздействия, BeO для сильного нагрева).	Лаборатория испытаний материалов (Dk/Df, теплопроводность).
2. Приготовление суспензии	Смешайте керамический порошок (например, AlN) со связующими веществами/растворителями, чтобы получить суспензию, пригодную для печати.	Высокоскоростные смесители, регуляторы вязкости.
3. Создание схемы	Напечатайте следы схемы на керамической подложке, используя толстопленочную или тонкопленочную технику: - Толстая пленка: проводящую пасту трафаретной печати (Ag/Pt) и обжиг при 850–950°C. - Тонкая пленка: используйте напыление/испарение для нанесения слоев металла (Ti/Pt/Au) для высокочастотных конструкций.	Трафаретные принтеры, системы напыления, инструменты для лазерного нанесения рисунков.
4. Высокотемпературное спекание	Нагрейте подложку до 1500–1800°C в контролируемой атмосфере (аргон/азот), чтобы склеить керамический и металлический слои.	Высокотемпературные печи для спекания (вакуум или инертный газ).
5. Сверление и металлизация	Просверлите микроотверстия (лазерные или механические) для соединения слоев; нанесите медь/вольфрам для создания проводящих путей.	Лазерные дрели, системы вакуумной металлизации.
6. Паяльная маска и отделка	Нанесите паяльную маску на керамической основе (для высоких температур) и трафаретную печать для маркировки компонентов.	Принтеры для паяльных масок, печи для отверждения.
7. Тестирование качества	Проверьте теплопроводность, электрическую непрерывность и механическую прочность с помощью: - рентгенологическое обследование - Тестирование летающего зонда - Термоциклирование (от -40°C до 350°C).	Рентгеновские аппараты, тепловизоры, LCR-метры.

Ключевые проблемы:
a. Контроль температуры спекания (допуск ±5°C), чтобы избежать растрескивания.
б. Металлокерамическое соединение (требуется плазменная активация для тонкопленочных процессов).
c. Масштабируемость (процессы толстопленочного травления медленнее, чем травление FR4).

2.2 Традиционный процесс производства печатных плат
Традиционные печатные платы FR4 используют зрелый, масштабируемый рабочий процесс, оптимизированный для крупносерийного производства:

Шаг	Детали процесса	Необходимое оборудование/технологии
1. Подготовка ламината	Используйте медный ламинат FR4 со слоями меди толщиной 1–3 унции.	Машины для резки ламината, толщиномеры меди.
2. Нанесение фоторезиста	На слой меди нанесите светочувствительную пленку; подвергать воздействию ультрафиолета через трафарет.	Машины для УФ-экспонирования, устройства для нанесения фоторезиста.
3. Проявка и травление	Удалите неэкспонированный фоторезист; Вытравите ненужную медь, используя хлорид железа или хлорид меди.	Травление резервуаров, проявочные станции.
4. Через сверление	Просверлите сквозные/слепые отверстия для выводов компонентов и соединений слоев.	Сверла с ЧПУ (механические) или лазерные сверла (для микроотверстий).
5. Покрытие	Гальванические переходные отверстия с медью для обеспечения проводимости между слоями.	Гальванические ванны, регуляторы толщины меди.
6. Паяльная маска и шелкография	Нанесите паяльную маску на эпоксидной основе для защиты следов меди; добавьте шелкографические этикетки.	Принтеры для паяльных масок, печи УФ-отверждения.
7. Электрические испытания	Проверьте целостность, короткое замыкание и полное сопротивление с помощью автоматизированного испытательного оборудования.	Тестеры летающих зондов, системы АОИ (автоматизированный оптический контроль).

Ключевые преимущества:
а. Быстрое производство (2–4 дня для прототипов, 2–3 недели для массового производства).
б. Низкая стоимость при масштабе (более 10 000 единиц).
c.Гибкость (поддерживает многослойные конструкции до 40+ слоев).

Сравнительная таблица производственных процессов

Аспект	Керамическая печатная плата	Традиционная печатная плата (FR4)
Время выполнения (прототипы)	7–10 дней	2–4 дня
Время выполнения заказа (массовое производство)	4–6 недель	2–3 недели
Ключевые процессы	Спекание, толстопленочная/тонкопленочная металлизация	Травление, гальваника
Требования к температуре	1500–1800°С (спекание)	150–190°С (отверждение)
Стоимость оборудования	Высокий (500–2 млн долларов США на печи для спекания)	Умеренный (100–500 тысяч долларов за линии травления)
Масштабируемость	От низкого до среднего (лучше всего для <10 тыс. единиц)	Высокий (идеально подходит для 10 000+ единиц)
Уровень дефектов	Низкий (0,5–1%)	От низкой до умеренной (1–2%)

Глава 3: Разбор материалов: почему керамика превосходит FR4 в экстремальных условиях
Разрыв в производительности между керамическими и традиционными печатными платами обусловлен материалами их подложек. Ниже приведено подробное сравнение основных свойств материала:

3.1 Тепловые характеристики (критически важны для устройств высокой мощности)
Теплопроводность является наиболее существенным отличием: керамические подложки рассеивают тепло в 500–700 раз быстрее, чем FR4. Это означает отсутствие горячих точек в мощных конструкциях, таких как светодиодные фары или инверторы электромобилей.

Материал	Теплопроводность (Вт/мК)	Максимальная рабочая температура	Пример использования
Керамика (нитрид алюминия, AlN)	170–220	350°С+	Инверторы силовых агрегатов электромобилей, усилители базовых станций 5G
Керамика (оксид алюминия, Al2O3)	24–29	200°С	Промышленное светодиодное освещение, датчики медицинского оборудования
Керамика (оксид бериллия, BeO)	216–250	850°С	Аэрокосмические радиолокационные системы, ядерные датчики
Традиционный FR4	0,3	130–150°С	Смартфоны, ноутбуки, бытовая техника
Традиционный металлический сердечник (Al)	10–30	150–200°С	Автомобильная информационно-развлекательная система, светодиоды малой мощности

Реальное влияние: светодиодная фара мощностью 100 Вт с керамической печатной платой AlN работает на 40 °C ниже, чем фара с FR4, что продлевает срок службы светодиодов с 5000 часов до 50 000 часов.

3.2 Электрические характеристики (высокая частота и целостность сигнала)
Для 5G, радаров и высокоскоростных цифровых цепей решающее значение имеют низкие диэлектрические потери и стабильный импеданс. Керамические печатные платы превосходны здесь:

Свойство	Керамическая печатная плата (AlN)	Традиционная печатная плата (FR4)
Диэлектрическая проницаемость (Дк)	8,0–9,0 (стабильно до 100 ГГц)	4,2–4,8 (изменяется на ±10 % на частоте 28 ГГц)
Диэлектрические потери (Df)	<0,001 (10 ГГц)	0,01–0,02 (10 ГГц)
Потеря сигнала (@28 ГГц)	0,3 дБ/дюйм	2,0 дБ/дюйм
Стабильность импеданса	±2% (превышение температуры/частоты)	±5–8 % (превышение температуры/частоты)

Почему это важно:

Модуль 5G mmWave с керамической печатной платой сохраняет 90% мощности сигнала на расстоянии более 6 дюймов, тогда как FR4 теряет 50%, что критически важно для надежного подключения 5G.

3.3 Механическая и экологическая долговечность
Керамические печатные платы рассчитаны на суровые условия, а FR4 оптимизирован для повседневного использования:

Свойство	Керамическая печатная плата	Традиционная печатная плата (FR4)
изгибная прочность	350–400 МПа (жесткие, хрупкие)	150–200 МПа (гибкие варианты: 50–100 МПа)
Устойчивость к термическому удару	Выдерживает 1000 циклов (от -40°C до 350°C)	Выдерживает 500 циклов (от -40°C до 125°C)
Поглощение влаги	<0,1% (24 часа при 23°C/50% относительной влажности)	<0,15% (24 часа при 23°C/50% относительной влажности)
Коррозионная стойкость	Отлично (устойчив к кислотам/основаниям)	Хороший (восприимчив к агрессивным химикатам)
Устойчивость к вибрации	Высокий (жесткий, без усталости при изгибе)	Умеренный (гибкие варианты, склонные к утомлению)

Влияние приложения:

Керамическая печатная плата в контроллере промышленной печи выдерживает 10 лет эксплуатации при температуре 200°C, тогда как печатная плата FR4 разлагается за 2–3 года.

Глава 4: Сравнение затрат – стоит ли керамическая печатная плата переплачивать?
Керамические печатные платы дороги, и от этого никуда не деться. Однако общая стоимость владения (TCO) часто оправдывает инвестиции в критически важные приложения.

4.1 Первоначальные затраты (материал + производство)

Категория стоимости	Керамическая печатная плата (AlN, 100 x 100 мм)	Традиционная печатная плата (FR4, 100 x 100 мм)
Стоимость материала	20–50 долларов США	2–8 долларов
Стоимость производства	30–100 долларов	5–20 долларов
Общая стоимость единицы продукции (прототипы)	50–150 долларов США	7–28 долларов США
Общая стоимость единицы (10 тыс. единиц)	30–80 долларов	3–10 долларов

4.2 Общая стоимость владения (ССВ)
Для приложений с высокой надежностью керамические печатные платы снижают долгосрочные затраты за счет уменьшения количества сбоев и затрат на техническое обслуживание:

Сценарий	Керамическая печатная плата TCO (срок службы 5 лет)	Традиционная совокупная стоимость владения печатной платой (срок службы 5 лет)
Плата EV-инвертора	500 долларов США (1 единица, без замены)	300 долларов США (2 шт., 1 замена)
Печатная плата аэрокосмического датчика	2000 долларов США (1 единица, без обслуживания)	1500 долларов США (3 единицы, 2 замены)
Потребительская печатная плата для ноутбука	150 долларов США (лишнее убийство, никакой выгоды)	50 долларов США (1 единица, достаточно)

Ключевой вывод: Керамические печатные платы экономически эффективны только в том случае, если:
а. Устройство работает в условиях сильной жары/мощности.
b.Отказ будет дорогостоящим (например, в аэрокосмической и медицинской технике).
c.Техническое обслуживание/замена затруднены (например, глубоководные датчики).

4.3 Альтернативы экономии средств
Если керамические печатные платы слишком дороги, но FR4 недостаточно:
a.Печатные платы с металлическим сердечником (MCPCB): теплопроводность 10–30 Вт/мК, стоимость в 2–3 раза выше FR4.
b.High-Tg FR4: рабочая температура 170–180°C, стоимость в 1,5 раза выше стандартного FR4.
c.Гибридные печатные платы: керамическая подложка для участков с высоким энергопотреблением + FR4 для участков с низким нагревом.

Глава 5. Подробное описание приложения – где сияет каждая печатная плата
Правильный выбор печатной платы зависит от уникальных требований вашего приложения. Ниже приведены основные варианты использования каждого типа:

5.1 Применение керамических печатных плат (требуются экстремальные характеристики)
Керамические печатные платы доминируют в отраслях, где отказы катастрофичны или нагрев неизбежен:

Промышленность	Примеры применения	Ключевое преимущество керамики
Автомобильная промышленность (EV/ADAS)	Инверторы, бортовые зарядные устройства (OBC), светодиодные фары	Высокая теплопроводность (170–220 Вт/мК) для мощности более 100 кВт.
Аэрокосмическая и оборонная промышленность	Радиолокационные системы, авионика, спутниковые трансиверы	Температурная стойкость (от -40°C до 350°C) и радиационная стойкость.
Медицинское оборудование	Диагностическое оборудование (МРТ, УЗИ), имплантируемые датчики	Биосовместимость, точность и низкие потери сигнала
Телекоммуникации	Усилители базовой станции 5G, модули mmWave	Низкий Df (<0,001) для сигналов 28 ГГц+
Промышленная электроника	Контроллеры печей, силовые модули, высоковольтные инверторы	Коррозионная стойкость и работа при температуре 200°C+.

Тематическое исследование:

Ведущий производитель электромобилей перешел с FR4 на керамические печатные платы AlN в своих инверторах на 800 В. Количество отказов, связанных с перегревом, сократилось на 90 %, а размер инвертора уменьшился на 30 % (нет необходимости в больших радиаторах).

5.2 Традиционные приложения для печатных плат (экономичная универсальность)
Печатные платы FR4 являются основой повседневной электроники, где стоимость и масштабируемость имеют большее значение, чем высочайшая производительность:

Промышленность	Примеры применения	Ключевое преимущество FR4
Бытовая электроника	Смартфоны, ноутбуки, телевизоры, носимые устройства	Низкая стоимость, гибкость и масштабируемость в больших объемах.
Бытовая техника	Стиральные машины, микроволновые печи, роутеры	Надежность при умеренных температурах (0–60°C)
Промышленная автоматизация	ПЛК, датчики, контроллеры двигателей	Многоуровневая поддержка (до 40+ слоев)
Автомобильная промышленность (некритическая)	Информационно-развлекательные системы, информационные панели	Экономичность при крупносерийном производстве
Интернет вещей	Умные термостаты, дверные звонки, датчики окружающей среды	Низкие требования к энергопотреблению и малые форм-факторы

Тематическое исследование:

Производитель смартфонов ежегодно производит 10 миллионов печатных плат FR4 для своей флагманской модели. Общая стоимость единицы составляет 5 долларов США, а частота отказов составляет <1%, что делает FR4 единственным возможным выбором для этого крупномасштабного применения с низким уровнем нагрева.

Глава 6: Как выбрать правильную печатную плату для вашего проекта (шаг за шагом)
Следуйте этой схеме принятия решений, чтобы согласовать выбор печатной платы с потребностями вашего проекта:

6.1 Шаг 1. Определите свои ключевые требования
Перечислите не подлежащие обсуждению спецификации:
а. Плотность мощности: > 50 Вт/см² → керамическая печатная плата; <50 Вт/см² → FR4.
б.Рабочая температура: >150°C → Керамика; <150°C → FR4.
c.Частота: >10 ГГц → Керамика; <10 ГГц → FR4.
d.Бюджет: <10 долларов США за единицу → FR4; 10–100 долларов США за единицу → Керамика/MCPCB.
e.Объем: >10 тыс. единиц → FR4; <10 тыс. единиц → Керамика.

6.2 Шаг 2. Оцените совокупную стоимость владения (не только первоначальные затраты)
Просить:
а. Сколько будет стоить отказ? (например, 1 миллион долларов за неисправность печатной платы спутника против 100 долларов США за неисправность печатной платы ноутбука).
б.Как часто устройство будет нуждаться в обслуживании? (например, глубоководные датчики вместо смартфонов).

6.3 Шаг 3: Проконсультируйтесь со специалистом (например, LT CIRCUIT)
Известные производители могут:
a. Проверьте тепловые потребности вашего проекта с помощью инструментов моделирования.
б.Рекомендовать гибридные решения (например, керамику для секций большой мощности, FR4 для остальных).
c.Предоставьте прототипы для проверки производительности перед массовым производством.

6.4 Контрольный список решений

Требование	Керамическая печатная плата	Традиционная печатная плата (FR4)
Плотность мощности >50 Вт/см²	Да	Нет
Рабочая температура >150°C	Да	Нет
Частота >10 ГГц	Да	Нет
Объем >10 тыс. единиц	Нет (запредельно высокая стоимость)	Да
Бюджет <10 долларов США за единицу	Нет Отправьте запрос непосредственно нам Телефон：001-512-7443871 Электронная почта：sales@ltcircuit.com О нас Профиль компании Экскурсия по заводу Контроль качества Карта сайта События Новости Случаи LT CIRCUIT CO.,LTD. Мы свяжемся с вами как можно скорее. Пожалуйста кратко описать ваше требование Политика конфиденциальности Китай Хорошее качество Доска PCB HDI Доставщик. 2024-2025 LT CIRCUIT CO.,LTD. Все права защищены.