陶瓷基板绝缘性，凭什么能扛住高压高频？

Q：PCB 设计中，绝缘性是电路安全的关键，陶瓷基板的绝缘性比 FR-4 好在哪？为什么高压、高频场景必须用它？
A：我常说 “绝缘性是电路的‘安全铠甲’”，陶瓷基板的绝缘性，是有机基板（FR-4、CEM-3）无法比拟的，核心优势体现在 “击穿电压高、介电性能稳、耐老化性强” 三点，这也是它能扛住高压、高频的关键。

 

 

先看击穿电压，这是绝缘性的 “硬指标”。FR-4 的击穿电压约 20-30kV/mm，超过这个电压，就会出现绝缘击穿，导致短路、漏电，甚至引发火灾。而陶瓷基板的击穿电压，氧化铝达 40kV/mm，氮化铝 35kV/mm，碳化硅 30kV/mm，都远超 FR-4。比如充电桩内部的高压电路，工作电压超 1000V，电流 50A，用 FR-4 基板，长期运行会出现绝缘老化，击穿风险极高；用氧化铝陶瓷基板，击穿电压是 FR-4 的 1.5 倍，能牢牢守住绝缘防线，就算电压瞬间波动到 1500V，也不会击穿，保证设备安全。

 

再看介电性能稳定性，这是高频电路的 “刚需”。高频信号（如 5G、雷达）对基板的介电常数（Dk）和介电损耗（Df）要求极高，Dk 不稳定会导致信号相位偏移，Df 太大会导致信号衰减。FR-4 的 Dk 约 4.2-4.8，但高频下（＞1GHz）会急剧上升，Df 也会变大，信号衰减超 30%；而陶瓷基板的 Dk 非常稳定，氧化铝 9.6-9.8，氮化铝 8.5-9.0，高频下波动不超过 ±0.1，Df 低至 0.001 以下，信号衰减几乎可以忽略。我做过 5G 射频电路测试，用 FR-4 基板，3GHz 信号传输 10cm，衰减 5dB；用氮化铝陶瓷基板，同样距离，衰减仅 0.2dB，信号完整性直接提升一个等级，这就是陶瓷基板在高频场景不可替代的原因。

 

还有耐老化绝缘性，这是长寿命场景的 “保障”。FR-4 是有机树脂基材，高温、潮湿、紫外线环境下，树脂会分解、老化，绝缘性快速下降，用 3-5 年就可能失效；陶瓷基板是无机非金属材料，不吸潮、不老化、耐紫外线、耐酸碱，就算在高温高湿（85℃、85% 湿度）环境下工作 1000 小时，绝缘电阻也不会下降，击穿电压保持稳定。比如户外 LED 显示屏、工业控制模块，常年暴露在恶劣环境中，用 FR-4 基板，2 年就会出现绝缘故障，用陶瓷基板，10 年以上绝缘性能依旧完好。

 

 

Q：陶瓷基板的绝缘性，会受哪些因素影响？设计时要注意什么？
A：绝缘性不是 “一成不变” 的，设计和使用中，这 3 个因素会直接影响效果，必须避开：
第一，表面清洁度。陶瓷基板表面如果有油污、粉尘、金属碎屑，会降低表面绝缘电阻，容易出现爬电现象。加工时必须严格清洗，设计时要保证线路间距，高压电路线路间距至少≥0.5mm，避免爬电击穿。
第二，金属化工艺缺陷。如果线路和陶瓷结合处有气泡、缝隙，会形成 “绝缘薄弱点”，高压下容易击穿。优先选 DBC、DPC 工艺，线路边缘光滑，无缺陷，绝缘可靠性更高。
第三，工作温度。虽然陶瓷耐高温，但温度超过 250℃，部分陶瓷的绝缘电阻会略有下降，设计时要控制芯片结温，避免长期超温运行。

 

 

Q：哪些场景，陶瓷基板的绝缘性是 “唯一解”，换其他基板就会出问题？
A：这 4 类场景，绝缘性要求极高，只有陶瓷基板能满足：

 

 

Q：怎么验证陶瓷基板的绝缘性是否合格？
A：核心做 3 项测试：一是击穿电压测试，按国标 GB/T 1408.1，测试基板的击穿电压是否达标；二是绝缘电阻测试，高温高湿环境下测试绝缘电阻，判断耐老化性；三是介电性能测试，高频下测试 Dk 和 Df，确保信号传输稳定。只有三项都合格，才能用于实际电路。

 

    陶瓷基板的绝缘性，不是 “参数好看”，而是在高压、高频、恶劣环境下，能始终守住电路安全，这就是它的核心价值。