陶瓷線路板和金屬導體之間的熱膨脹系數存在差異時，隨著溫度的升高或下降，兩種材料之間會產生熱應力。這會對它們之間的結合力造成影響。當溫度升高時，熱膨脹系數小的陶瓷線路板會縮小，而熱膨脹系數大的金屬導體則會膨脹。這會導致兩者之間產生間隙，從而影響它們之間的結合力，增加分離風險。以下是一些陶瓷材料和銅的熱膨脹系數的數據（單位：ppm/K）：

需要注意的是，材料的熱膨脹系數可以受到許多因素的影響，例如溫度范圍、材料的組成和制備條件等。因此，上述數據僅供參考。在實際設計中，應考慮到具體的材料和工藝條件，進行實際材料測試和熱膨脹系數計算。

而當溫度下降時，熱膨脹系數小的陶瓷線路板會擴張，而熱膨脹系數大的金屬導體則會收縮。這會導致陶瓷線路板與金屬導體之間的結合力增加，但同時也會增加陶瓷線路板的開裂風險。

因此，在設計陶瓷線路板時需要考慮兩種材料的熱膨脹系數之間的差異，并采取適當的措施來減小它們之間的熱應力，確保線路板與金屬導體之間的結合牢固，不易分離和開裂。

以下是幾種減小陶瓷線路板和金屬導體之間熱應力的措施：

1. 更換材料：選擇熱膨脹系數相似的材料作為線路板和金屬導體的接合材料，可減少熱膨脹系數差異帶來的熱應力。

2. 引入緩沖層：引入緩沖層（如橡膠、PE、PP等）作為兩種材料之間的墊片，可以降低熱應力。緩沖層具有較好的彈性，能夠吸收熱膨脹引起的變形，從而減緩熱應力。

3. 調整結構：通過調整線路板和金屬導體的結構設計，例如增加排列方式的間距，增大焊點的尺寸等，可減少機械應力對接點的影響，從而減少熱應力的影響。

4. 采用半固化膠水或流動性更強的焊接材料：使用半固化膠水或流動性更強的焊接材料，可以增加材料之間的粘合力，減少材料之間產生的間隔和斷裂，從而減少熱應力的解除措施。

5. 升溫和降溫過程區(qū)域溫和，不要斷崖式降溫，升/降溫區(qū)間溫度不要超過40℃。

以上幾種方法或者結合起來使用，可以降低熱應力和Mechanical stress，提高陶瓷線路板與金屬導體之間的結合牢固性。

以下是案例解析：客戶在做剪切強度測試中，實驗參數是： 40℃*1.5min --280℃*1.5min--340℃*3min，實驗過后板子崩開成兩半，分開部分從氧化鋁陶瓷中間開始。

一、樣品分析

從樣品設計來看，兩面都是大銅皮設計，因陶瓷與銅皮的膨脹系數不一樣，在遇高溫后再遇冷，銅皮先膨脹后集聚收縮，兩邊的銅皮張力會拉扯陶瓷基板，導致有崩板的風險。

二、歸零實驗

2.1實驗還原

實驗參數：240℃*1.5min

實驗過程：在240℃的無鉛錫爐中，將樣品放入90s后，放置在室溫環(huán)境中，240℃斷崖式降溫到25℃。樣品在2-3min內發(fā)生爆板。如下圖：

斯利通陶瓷基板拉力測試

結果分析：從崩開平視圖來看，樣品都是向銅皮面翹曲，說明銅皮的拉扯力度大，導致爆板。

正如前頁設計分析的結果，240℃的高溫下，再進入25℃室溫的環(huán)境中，溫度跨度太大，銅皮急劇收縮，而陶瓷幾乎沒有漲縮，所以導致爆板

2.3實驗驗證

實驗參數：240℃*1.5min → 280℃*1.5min → 340℃*3min→ 逐漸降至室溫

實驗過程：先將板子在烤爐中逐漸升溫到180℃*10min，在無鉛錫爐中按實驗參數逐漸完成以上步驟，在錫爐升溫的過程中，產品不能暴露在室溫環(huán)境中，持續(xù)保持原有溫度，并緩慢將至室溫。實驗后逐漸降到室溫再取出陶瓷板

2.4實驗結果

樣品經過240℃-280℃-340℃后逐步降至室溫后無爆板、無翹曲、裂紋，無任何異常。

爆板原因：兩面都是大銅皮設計，因氧化鋁陶瓷與銅皮的膨脹系數相差2倍左右，在遇高溫后再斷崖式冷卻，銅皮先膨脹后集聚收縮，兩邊的銅皮張力會拉扯陶瓷基板，導致爆板。

使用建議：

1.因陶瓷板在高溫后幾乎沒有漲縮，在使用或者實驗過程中高溫后不要急劇降溫，或放置在室溫中冷卻。應逐步降溫，陶瓷基板能夠承受銅皮的拉扯。

2.在設計陶瓷板的時候盡量不要同時使用兩面大銅皮設計，加網格或者附加圖形。

審核編輯：湯梓紅