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“多才多藝”的氧化鋁陶瓷基板

4 2023-06-07
氧化鋁陶瓷基板

陶瓷基板以其優(yōu)良的導(dǎo)熱性和氣密性,廣泛應(yīng)用于功率電子、電子封裝、混合微電子和多芯片模塊等領(lǐng)域。氧化鋁陶瓷具有原料來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、機(jī)械強(qiáng)度和硬度較高、絕緣性能、耐熱沖擊性能和抗化學(xué)侵蝕性能良好、尺寸精度高、與金屬附著力好等一系列優(yōu)點(diǎn),是一種綜合性能較好的陶瓷基片材料,也是目前應(yīng)用最為廣泛的陶瓷基板材料。

一、氧化鋁陶瓷的種類

氧化鋁陶瓷是一種以三氧化二鋁(Al2O3)為主體的陶瓷材料,氧化鋁陶瓷分為純高型和普通型兩種。

氧化鋁基板

1、高純型氧化鋁

高純型氧化鋁陶瓷是Al2O3含量在99.9%以上的陶瓷材料,由于其燒結(jié)溫度高達(dá)1650~1990℃,透射波長(zhǎng)為1~6μm,一般制成熔融玻璃以取代鉑坩堝,利用其透光性及可耐堿金屬腐蝕性用作鈉燈管;在電子工業(yè)中可作集成電路基板與高頻絕緣材料。
2、普通型氧化鋁陶瓷
普通型氧化鋁陶瓷按Al2O3含量不同分為99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品種(指Al2O3含量分別為99%、95%、90%、85%等)。有時(shí)Al2O3含量在80%或75%者也劃為普通氧化鋁陶瓷系列。其中99氧化鋁瓷材料用于制作高溫坩堝、耐火爐管及特殊耐磨材料,如陶瓷軸承、陶瓷密封件及水閥片等;95氧化鋁瓷主要用作耐腐蝕、耐磨部件;85瓷中由于常摻入部分滑石,提高了電性能與機(jī)械強(qiáng)度,可與鉬、鈮、鉭等金屬封接,有的用作電真空裝置器件。75瓷和95瓷是廣泛用作厚膜電路基板的陶瓷材料,薄膜電路用的陶瓷基板多采用97瓷或99瓷。

氧化鋁基片的主要性能隨著氧化鋁含量的增加而提高,但氧化鋁含量越高,陶瓷制備越困難,95瓷一般在1500℃以上燒成。而99瓷的燒成溫度達(dá)到1700℃以上。

按照顏色來(lái)分,氧化鋁陶瓷基片有白色、紫色、黑色三種。常見的氧化鋁基板是白色,用作LED基板、高頻電路基板等,但有些用途需要避免氧化鋁基板反射光線,黑色氧化鋁的產(chǎn)品因此生成。

二、氧化鋁陶瓷基板的優(yōu)勢(shì)

1.  良好的絕緣性能:氧化鋁陶瓷基板具有良好的絕緣性能,能夠有效隔離電路,避免因漏電等問(wèn)題導(dǎo)致的故障。
2.  優(yōu)異的耐高溫性能:氧化鋁陶瓷基板在高溫環(huán)境下能夠保持穩(wěn)定的性能,能夠承受高溫環(huán)境下的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,不易變形、燒蝕或氧化等。
3.  高強(qiáng)度和硬度:氧化鋁陶瓷基板具有較高的強(qiáng)度和硬度,能夠承受一定的機(jī)械壓力和沖擊力,不易破碎或磨損。
4.  優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性:氧化鋁陶瓷基板對(duì)大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)都具有良好的耐腐蝕性,能夠在化學(xué)侵蝕的環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。
5.  良好的加工性能:氧化鋁陶瓷基板具有良好的加工性能,可以進(jìn)行鉆孔、銑削、切割等加工工藝,可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的幾何形狀和高精度的尺寸要求。

三、氧化鋁陶瓷基板的應(yīng)用

1、片式電阻用陶瓷基板

電阻氧化鋁陶瓷基板優(yōu)勢(shì):產(chǎn)品體積小、重量輕、熱膨脹系數(shù)小、可靠性好、導(dǎo)熱率和密度高,大大提高了電路的可靠性和電路的布線密度,是片式電阻元件的載體材料。

2、混合集成電路用陶瓷基板

混合集成電路(hydrid)是一種封裝方法,其應(yīng)至少含有二個(gè)以上元件,且其中一個(gè)是有源的。把它們安裝于已經(jīng)用厚膜或薄膜制程的金屬導(dǎo)帶絕緣片上,用這種技術(shù)制造的復(fù)雜電路即為混合集成電路?;瑢?duì)電路起機(jī)械支撐作用,為形成無(wú)源元件的導(dǎo)帶材料,介質(zhì)材料及電阻材料提供淀積場(chǎng)所,它還對(duì)所有無(wú)源及有源片式元件起機(jī)械支撐作用。

在混合集成電路中,常用的基板有氧化鋁、氧化鈹、氧化硅、氮化鋁等種類,但是從成本和性能上考慮,被廣泛使用的還是具有光滑表面的高純度氧化鋁基板。因氧化鋁含量的不同,基板的質(zhì)量和等級(jí)也有所差異,常見的有99.6%氧化鋁和96%氧化鋁,前者一般適用于薄膜電路,而對(duì)于厚膜電路來(lái)說(shuō),96%氧化鋁基板就可以滿足其工藝要求。多層共燒用氧化鋁陶瓷一般采用90瓷~95瓷之間的氧化鋁陶瓷生瓷片為基本材料。

3、功率器件基板

對(duì)于功率型電子器件封裝而言,基板除具備基本的布線(電互連)功能外,還要求具有較高的導(dǎo)熱、絕緣、耐熱、耐壓能力與熱匹配性能。以DBC和DPC等為代表的金屬化陶瓷基板在導(dǎo)熱、絕緣、耐壓與耐熱等方面性能優(yōu)越,已成為功率型器件封裝的首選材料,并逐漸得到市場(chǎng)的認(rèn)可。器件封裝的基板材料中最為常見的是氧化鋁基板(Al2O3),一般為氧化鋁含量96%的氧化鋁基板,氧化鋁基板技術(shù)十分成熟并且價(jià)格低廉。

DBC  氧化鋁基板

由于氧化鋁陶瓷的熱導(dǎo)率相對(duì)較低(20-30 W/m·K),與Si、SiC等半導(dǎo)體材料的熱膨脹系數(shù)匹配不好,限制了氧化鋁基板在大功率器件上的應(yīng)用。

4、LED用氧化鋁陶瓷基板

大功率LED散熱基板主要以陶瓷基板為主,市場(chǎng)上使用較多的大功率陶瓷基板主要有LTCC(低溫共燒陶瓷)和DPC(直接鍍銅陶瓷)兩種,陶瓷材料有氧化鋁、氮化鋁等。LED用氧化鋁陶瓷基板具有高散熱性及高氣密性的特質(zhì),可提高LED發(fā)光效率及壽命。而良好的氣密性,使其具有高度的耐候性優(yōu)點(diǎn),可運(yùn)用于各種不同環(huán)境。

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