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                了解陶瓷基片的三大常见特殊陶瓷


                目前电子行业常用基板材料分为陶瓷基板、树脂基板和金属基板,其中陶瓷基板具有良好的绝缘性能、化学稳定性、高导热系数、热循环稳定、热膨胀系数与硅相接近而备受关注。目前为止,发达国家的陶瓷基板市场规??梢源锏绞诿涝?,国内需求量也非常大,而国内每年陶瓷基板的需求量超过数百万平方米,主要还是以为主进口。已投入生产和生产的陶瓷基板材料主要包括氧化铍(BeO)、氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN)。


                1、氧化铍陶瓷基片

                氧化铍陶瓷基片是以BeO为主要成分的陶瓷基片,具有很高的导热性能,几乎与紫铜纯铝相等,导热系数λ为200-250W/m-k,还有很好的抗热震性。其介电常数6~7(0.1MHz)。介质损耗角正切值约为4×10-4(0.1GHz)??捎糜诟咝阅?、高频率、大功率电子器件。有研究表明掺杂0.1%(质量比)的Tb4O7,能够提高BeO陶瓷的热导率,掺杂CeO2和Nd2O3能够提高BeO陶瓷的密度。

                美国是BeO陶瓷基片材料的主要产地,其BeO陶瓷基片产量及金属化技术均处于世界前列,如BrushWelman公司、Accuratus公司、IJ研究院等。日本的住友、京瓷、NGK等企业也曾生产过BeO陶瓷,其产品的热性能、机械性能和电性能方面处于国际领先水平。让人遗憾的是,尽管高纯的BeO陶瓷虽然没有毒,但BeO粉尘有毒,所以在加工BeO制品时必须非常小心,做好防护,避免吸入。长期吸入BeO粉尘却会引起中毒甚至危及生命,且对环境有一定的污染,这极大影响了BeO陶瓷基片的生产和应用。


                2、氧化铝陶瓷基片

                氧化铝陶瓷基片以Al2O3粉体构成,目前应用在陶瓷基片主要以95瓷和99瓷为主,Al2O3陶瓷具有介电损耗低,机械强度较高,化学稳定性好等优,但是导热系数只有25~30W/m-k左右,在陶瓷基片行业内已经形成非常成熟的加工技术和流延成型工艺,可以满足非常良好的使用性能。此外,Al2O3热膨胀系数与半导体芯片材料Si、SiC等的热膨胀系数相差较大,在冷热循环中容易累积内应力,增加了芯片失效概率。如上种种因素使得Al2O3基片很难适应半导体器件大功率化的发展趋势。

                所幸的是,氧化铝基片具有超高的性价比,在部分要求不那么高的应用领域也还是保有其重要位置。目前主要应用于主要在中、低功率范围领域,例如通用电力电子、聚光太阳能、帕尔贴部件(热电半导体致冷器件)、汽车应用半导体??榈?。


                3、氮化铝陶瓷基片

                氮化铝陶瓷基片是以AIN为主晶相的陶瓷,AlN陶瓷导热系数在150~230W/m-K,是Al2O3陶瓷的8倍以上。另外,AlN的热膨胀系数为(3.8~4.4)×10-6/℃,与Si、SiC和GaAs等半导体芯片材料热膨胀系数匹配良好。日本有多家企业研发和生产AlN陶瓷基片,如京陶、日本特殊陶业、住友金属工业、富士通、东芝、日本电气等。制备AlN陶瓷的核心原料AlN粉体制备工艺复杂、能耗高、周期长、价格昂贵,国内的AlN粉体基本依赖进口,原料的批次稳定性、成本也成为国内高端AlN陶瓷基片材料制造的瓶颈。原料已经慢慢的在逐步突破,材料本身具有很好的流动性,对于流延成型氮化铝陶瓷基本来说有很好的优势,并且生产效率提高;


                高成本是限制AlN陶瓷广泛应用的重要因素,因此目前AlN陶瓷基片主要应用于高端产业。AlN陶瓷导热能力优秀,它可调整的热膨胀系数,接近硅的热膨胀系数,几乎不会引起芯片和基板之间焊料层的热张力。但美中不足的是AIN陶瓷不那么好的力学性能使得其在复杂的力学服役条件下容易发生损坏。


                各种陶瓷基板产品的不断问世,对于开启散热应用行业有很好的发展作用。由于陶瓷基板散热特色,加上陶瓷基板具有高散热、低热阻、寿命长、耐电压等优点,随着生产技术、设备的改良,产品价格加速合理化,进而扩大LED产业的应用领域,如家电产品的指示灯、汽车车灯、路灯及户外大型看板等。陶瓷基板的开发成功,更将成为室内照明和户外亮化产品提供服务,使LED产业未来的市场领域更宽广。


                发布于:2020-02-10,已浏览:0

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