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      了解陶瓷基片的三大常見特殊陶瓷


      目前電子行業常用基板材料分為陶瓷基板、樹脂基板和金屬基板,其中陶瓷基板具有良好的絕緣性能、化學穩定性、高導熱系數、熱循環穩定、熱膨脹系數與硅相接近而備受關注。目前為止,發達國家的陶瓷基板市場規??梢赃_到數十億美元,國內需求量也非常大,而國內每年陶瓷基板的需求量超過數百萬平方米,主要還是以為主進口。已投入生產和生產的陶瓷基板材料主要包括氧化鈹(BeO)、氧化鋁(Al2O3)和氮化鋁(AlN)。


      1、氧化鈹陶瓷基片

      氧化鈹陶瓷基片是以BeO為主要成分的陶瓷基片,具有很高的導熱性能,幾乎與紫銅純鋁相等,導熱系數λ為200-250W/m-k,還有很好的抗熱震性。其介電常數6~7(0.1MHz)。介質損耗角正切值約為4×10-4(0.1GHz)??捎糜诟咝阅?、高頻率、大功率電子器件。有研究表明摻雜0.1%(質量比)的Tb4O7,能夠提高BeO陶瓷的熱導率,摻雜CeO2和Nd2O3能夠提高BeO陶瓷的密度。

      美國是BeO陶瓷基片材料的主要產地,其BeO陶瓷基片產量及金屬化技術均處于世界前列,如BrushWelman公司、Accuratus公司、IJ研究院等。日本的住友、京瓷、NGK等企業也曾生產過BeO陶瓷,其產品的熱性能、機械性能和電性能方面處于國際領先水平。讓人遺憾的是,盡管高純的BeO陶瓷雖然沒有毒,但BeO粉塵有毒,所以在加工BeO制品時必須非常小心,做好防護,避免吸入。長期吸入BeO粉塵卻會引起中毒甚至危及生命,且對環境有一定的污染,這極大影響了BeO陶瓷基片的生產和應用。


      2、氧化鋁陶瓷基片

      氧化鋁陶瓷基片以Al2O3粉體構成,目前應用在陶瓷基片主要以95瓷和99瓷為主,Al2O3陶瓷具有介電損耗低,機械強度較高,化學穩定性好等優,但是導熱系數只有25~30W/m-k左右,在陶瓷基片行業內已經形成非常成熟的加工技術和流延成型工藝,可以滿足非常良好的使用性能。此外,Al2O3熱膨脹系數與半導體芯片材料Si、SiC等的熱膨脹系數相差較大,在冷熱循環中容易累積內應力,增加了芯片失效概率。如上種種因素使得Al2O3基片很難適應半導體器件大功率化的發展趨勢。

      所幸的是,氧化鋁基片具有超高的性價比,在部分要求不那么高的應用領域也還是保有其重要位置。目前主要應用于主要在中、低功率范圍領域,例如通用電力電子、聚光太陽能、帕爾貼部件(熱電半導體致冷器件)、汽車應用半導體模塊等。


      3、氮化鋁陶瓷基片

      氮化鋁陶瓷基片是以AIN為主晶相的陶瓷,AlN陶瓷導熱系數在150~230W/m-K,是Al2O3陶瓷的8倍以上。另外,AlN的熱膨脹系數為(3.8~4.4)×10-6/℃,與Si、SiC和GaAs等半導體芯片材料熱膨脹系數匹配良好。日本有多家企業研發和生產AlN陶瓷基片,如京陶、日本特殊陶業、住友金屬工業、富士通、東芝、日本電氣等。制備AlN陶瓷的核心原料AlN粉體制備工藝復雜、能耗高、周期長、價格昂貴,國內的AlN粉體基本依賴進口,原料的批次穩定性、成本也成為國內高端AlN陶瓷基片材料制造的瓶頸。原料已經慢慢的在逐步突破,材料本身具有很好的流動性,對于流延成型氮化鋁陶瓷基本來說有很好的優勢,并且生產效率提高;


      高成本是限制AlN陶瓷廣泛應用的重要因素,因此目前AlN陶瓷基片主要應用于高端產業。AlN陶瓷導熱能力優秀,它可調整的熱膨脹系數,接近硅的熱膨脹系數,幾乎不會引起芯片和基板之間焊料層的熱張力。但美中不足的是AIN陶瓷不那么好的力學性能使得其在復雜的力學服役條件下容易發生損壞。


      各種陶瓷基板產品的不斷問世,對于開啟散熱應用行業有很好的發展作用。由于陶瓷基板散熱特色,加上陶瓷基板具有高散熱、低熱阻、壽命長、耐電壓等優點,隨著生產技術、設備的改良,產品價格加速合理化,進而擴大LED產業的應用領域,如家電產品的指示燈、汽車車燈、路燈及戶外大型看板等。陶瓷基板的開發成功,更將成為室內照明和戶外亮化產品提供服務,使LED產業未來的市場領域更寬廣。


      發布于:2020-02-10,已瀏覽:0

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