В чем разница между керамической печатной платой и FR4?

В текущей индустрии печатных плат, как керамические субстраты печатной платы, так и FR4 PCB Субстраты обычно используются. Подложки FR4 широко применяются из -за их низкой стоимости, В то время как керамические субстраты печатной платы более высокие с относительно более высокими затратами. Многие клиенты по -прежнему не знакомы с керамическими ПХБ, Итак, в этой статье, Мы будем сравнивать керамические печатные платы и платы FR4 из нескольких аспектов, включая материалы, производительность, производственные процессы, и приложения.

Что такое керамическая печатная плата?

А Керамическая печатная плата (Печатная плата) это тип сходной платы, изготовленной с использованием керамических материалов в качестве базы. В отличие от обычных субстратов, изготовленных из эпоксидной смолы с армированной стеклянными волокнами (FR4), Керамические печатные платы обеспечивают превосходную тепловую стабильность, механическая прочность, Диэлектрические свойства, И более длительный срок службы.
Они в основном используются в высокотемпературных, высокочастотный, и мощные применения, такие как светодиодное освещение, усилители мощности, полупроводниковые лазеры, РФ приемопередатчики, датчики, и микроволновые устройства.

Что такое печатная плата FR4?

FR4 это композитный материал, изготовленный в основном из тканой ткани из стекловолокна и эпоксидной смолы, сжатый в несколько слоев. Это один из наиболее широко используемых субстратных материалов для печатных плат (ПХБ).
FR4 пользуется отличной изоляцией, механическая прочность, бюджетный, и простота обработки. Его ключевые свойства включают низкую диэлектрическую постоянную, Высокая температурная стойкость, Хорошая задержка пламени, Сильные механические характеристики, и выдающаяся химическая стабильность. Эти характеристики делают FR4 наиболее часто используемым материалом PCB в широком спектре электронных продуктов.

В чем разница между керамической печатной платой и FR4?

1. Различные базовые материалы приводят к различным свойствам

Керамические печатные платы Используйте керамические субстраты, такие как глинозем (Al₂o₃), алюминиевый нитрид (Альтернативный), или нитрид кремния (Si₃n₄), которые предлагают отличную теплопроводность и изоляцию. В отличие, Платы FR4 изготовлены из эпоксидного ламината с эпоксидным ламинатом из стекловолокна, который имеет относительно плохую теплопроводность и не имеет присущей изоляции.

2. Значительные различия в теплопроводности и изоляции

Керамические печатные платы имеют теплопроводность в диапазоне от 25 W/m · k до 230 W/m · k, в зависимости от материала:

• Глинозем: 25–30 Вт/м · к

• Алюминиевый нитрид: 170 W/m · k или выше

• Силиконовый нитрид: 80–95 Вт/м · к

Напротив, ПХБ FR4 обычно обеспечивают теплопроводность всего в нескольких w/м · k. Более того, Платы FR4 требуют дополнительного изоляционного слоя, чтобы помочь рассеять тепло, в то время как керамические печатные платы по своей природе отличные изоляторы, с устойчивости к изоляции ≥10⁴ ω · см.

3. Различия в стоимости и времени выполнения производства

Керамические печатные платы значительно дороже и имеют более длительное время заказа по сравнению с платами FR4. В то время как прототип FR4 может стоить всего несколько сотен юаней и быть завершенным в пределах 24 часы, керамика Прототип печатной платы может стоить несколько тысяч юаней и обычно берет 10–15 дней для производства.

4. Различия в преимуществах производительности

Преимущества керамических ПХБ:

• Высокочастотный, Высокоскоростная производительность:
  Очень низкая диэлектрическая постоянная (<10) и диэлектрическая потеря (<0.001), обеспечение быстрой передачи сигнала и низкой задержки - можно 5G коммуникации и радиолокационные системы.

• Высшее рассеяние тепла:
  Высокая теплопроводность помогает быстро рассеять тепло, уменьшение теплового напряжения на электроэнергии и продление срока службы - например, в Светодиодное освещение и Автомобильная экона.

• Экологическая устойчивость:
  Действует надежно в суровых условиях: широкий диапазон температуры (-55° C до 850 ° C.), радиационное сопротивление, и сопротивление вибрации - подлежащее аэрокосмическая и военные заявления.

• Высокая интеграция:
  Совместим с технологиями LTCC/HTCC для 3D -интеграции, Уменьшение размера в полупроводниковые модули и интеллектуальные компоненты власти.

Преимущества FR4 PCBS:

• Рентабельный:
  Материальные затраты о треть что из керамических печатных плат, сделать их идеальными для массовое производство.

• Зрелые производственные процессы:
  Хорошо известная поддержка SMT и короткие времена поворота-Двусторонние доски может быть произведен всего за несколько дней.

• Стабильная электрическая производительность:
  Диэлектрическая постоянная 4.0–4.7 и диэлектрическая потеря 0.01–0.03, подходит для низкий- к середине частоты приложений такие как потребительская электроника и телекоммуникационные устройства.

5. Различные производственные процессы

Производство керамической печатной платы включает в себя несколько сложных процессов, таких как DPC, DBC, тонкая фильма, толстая фильма, HTCC, и LTCC Технологии - в течение всего уникальных требований. В отличие, FR4 PCB production is simpler and more standardized. Для multilayer ceramic PCBs, the process becomes even more complex and technically demanding compared to multilayer FR4 boards, resulting in higher cost and difficulty.

6. Different Market Applications

Thanks to their high thermal conductivity, excellent insulation, high-frequency capability, and resistance to extreme conditions, ceramic PCBs are widely used in:

• High-power applications

• High-current circuits

• High-frequency systems

• Environments requiring high thermal stability and insulation

С другой стороны, FR4 PCBs are more broadly adopted across various industries due to their lower cost, shorter production cycle, and high demand—making them the go-to choice for потребительская электроника, telecommunications, и general-purpose electronics.

Ceramic PCB vs FR4 PCB

Особенность	Керамическая печатная плата	FR4 PCB
Материал	Ceramic (Альтернативный, Al₂o₃, BeO)	Fiberglass + epoxy (FR4)
Thermal Conductivity	Высокий	Low
Heat Resistance	Very High	Moderate
Mechanical Strength	Brittle	Tough/Flexible
Расходы	Высокий	Low
Приложения	High-power, high-temp	General electronics

Comparison and Selection Guide for Ceramic PCBs and FR4 PCBs

Selection Criteria	Ceramic PCBs	FR4 PCBs
Performance Priorities	High-frequency and high-speed performance, тепловое управление, high-temperature resistance, radiation hardness	Cost-effectiveness, manufacturing maturity, electrical stability for mid/low-frequency applications
Cost Sensitivity	Высокий (material and processing costs exceed FR4 by 3x or more)	Low (ideal for mass production)
Typical Application Scenarios	Аэрокосмическая, 5G коммуникации, Автомобильная электроника (high-power modules)	Consumer electronics, communication devices, industrial controls
Reliability Requirements	Высокий (requires CTE-matched designs)	Moderate (conventional UL94 V-0 flame-retardant standards)

Future Trends and Decision-Making Guidance

Technological Evolution

• Ceramic PCBs: With the growing maturity of LTCC/HTCC processes, ceramic PCBs are expected to see wider adoption in 5G base stations, electric vehicle battery management systems (BMS), and other high-performance applications.

• FR4 PCBs: By incorporating high-frequency materials (НАПРИМЕР., PTFE composites) and eco-friendly technologies (НАПРИМЕР., lead-free processes), FR4 PCBs continue evolving to meet new market demands.

---

Selection Decision Tree

• Высокочастотный, high-speed requirements →
  Choose ceramic PCB or high-frequency FR4 materials (НАПРИМЕР., Rogers RO4003).

• High-power thermal management needs →
  Choose ceramic PCB or aluminum-based PCB.

• Cost-sensitive projects →
  Choose FR4, ideally with 96% alumina hybrid designs for better thermal performance at lower cost.

• Extreme environments (high temperature/radiation) →
  Choose ceramic PCB, particularly aluminum nitride (Альтернативный) substrates.

---

Заключение

The core difference between PCB керамический субстрат and FR4 substrate lies in material properties and application direction. Ceramic substrate is based on ceramic materials such as alumina and aluminum nitride, with high thermal conductivity, excellent electrical insulation and outstanding high temperature resistance, suitable for power electronics, Светодиодное освещение, radio frequency communication and other fields with extremely high requirements for heat dissipation and stability; while FR4 substrate is composed of glass fiber cloth and epoxy resin, with good mechanical strength and processability, бюджетный, and is the first choice for most common electronic products such as consumer electronics, computers and industrial control.