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陶瓷基板的分析及應(yīng)用

14 2023-11-22
陶瓷基板

陶瓷基板是指銅箔在高溫下直接鍵合到氧化鋁(Al2O3)或氮化鋁(AlN)陶瓷基片表面( 單面或雙面)上的特殊工藝板。所制成的超薄復(fù)合基板具有優(yōu)良電絕緣性能,高導(dǎo)熱特性,優(yōu)異的軟釬焊性和高的附著強(qiáng)度,并可像PCB板一樣能刻蝕出各種圖形,具有很大的載流能力。因此,陶瓷基板已成為大功率電力電子電路結(jié)構(gòu)技術(shù)和互連技術(shù)的基礎(chǔ)材料。


在電子芯片封裝過(guò)程中,陶瓷基板主要起到機(jī)械支撐保護(hù)和電氣互連(絕緣)的作用。隨著芯片技術(shù)不斷向小型化、高密度、多功能、高可靠性的方向發(fā)展,電子芯片的功率密度越來(lái)越大,散熱問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重。影響器件散熱的因素很多,其中DPC陶瓷基板材料的選擇也是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。


陶瓷基板

陶瓷基板的分類

Al2O3、BeO、AlN

目前以氧化鋁優(yōu)勢(shì)最為明顯,其化學(xué)性能穩(wěn)定,且原材料來(lái)源豐富,技術(shù)制造難度低。

BeO在溫度超過(guò)300°后導(dǎo)熱會(huì)迅速降低,且其毒性也限制了其發(fā)展。

AlN雖然有高的導(dǎo)熱性和膨脹系數(shù),但其表面的氧化層會(huì)影響其導(dǎo)熱率,所以其技術(shù)還有待提升。

氧化鋁陶瓷片是以AL2O3為主要原料,以稀有金屬氧化物為熔劑,經(jīng)一千七百度高溫焙燒而成的特種剛玉陶瓷。


陶瓷基板

Al2O3陶瓷:氧化鋁含量高,結(jié)構(gòu)比較致密,具有特殊的性能,故稱為特種陶瓷。Al2O3.陶瓷材料是以氧離子構(gòu)成的密排六方結(jié)構(gòu),而鋁離子填充于三分之二的八面體間隙中,這是與天然剛玉相同穩(wěn)定的α- Al2O3結(jié)構(gòu),因此陶瓷具有高熔點(diǎn)、高硬度,具有優(yōu)良的耐磨性能。陶瓷貼片硬度≥HRA85,僅次于金剛石的硬度,而且表面光滑摩擦系數(shù)小,耐磨性能十分理想,尤其是在高溫氧化性介質(zhì)或腐蝕介質(zhì)中,陶瓷貼片的材料較之其它金屬材料性能優(yōu)越得多。

陶瓷基板按結(jié)構(gòu)和制造工藝可分為高溫共燒多層陶瓷基板、低溫共燒陶瓷基板、厚膜陶瓷基板。

高溫共燒陶瓷(HTCC):高溫共燒陶瓷基板的生產(chǎn)成本較高,其導(dǎo)熱系數(shù)一般在20~200W/(m?℃)取決于陶瓷粉末的成分和純度。

低溫共燒陶瓷(LTCC):低溫共燒陶瓷基板在氧化鋁粉中摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%~30%的低熔點(diǎn)玻璃材料,具有良好導(dǎo)電性的金和銀可用作電極和布線材料。

厚膜陶瓷基板(DBC):厚膜陶瓷基板主要應(yīng)用于對(duì)圖形精度要求不高的電子封裝中。

陶瓷面封裝的產(chǎn)品具備的優(yōu)點(diǎn):

1、耐濕性好,不易產(chǎn)生微裂現(xiàn)象;

2、熱沖擊實(shí)驗(yàn)和溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)后不產(chǎn)生損傷,機(jī)械強(qiáng)度高;

3、熱膨脹系數(shù)小,熱導(dǎo)率高;

4、絕緣性和氣密性好,芯片和電路不受周圍環(huán)境影響,更重要的是其氣密性能滿足高密封的高要求;

5、避光性好,能有效的遮蔽可見(jiàn)光及極好的反射紅外線,還能滿足光學(xué)相關(guān)產(chǎn)品的低反射要求。

陶瓷基板的主要應(yīng)用

能陶瓷基板作為一種重要的材料,在電子、光電、能源等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。它的優(yōu)異性能和穩(wěn)定性能,使其成為各種電子器件和光電器件的理想選擇。

電力電子領(lǐng)域

在電子元器件制造中,陶瓷基板作為電路板的一種重要材料,用于承載和連接電子元件。它具有良好的絕緣性能、高熱導(dǎo)率和低溫膨脹系數(shù),能夠提供良好的機(jī)械支撐和電熱性能,確保電子元器件的可靠工作。

在集成電路制造中,陶瓷基板可作為IC封裝材料,提供良好的電氣絕緣性能和熱導(dǎo)率,保護(hù)集成電路的穩(wěn)定運(yùn)行。此外,陶瓷基板還廣泛應(yīng)用于電子陶瓷電容器、電感器、傳感器等器件的制造中,以提供穩(wěn)定性能和可靠性。

陶瓷基板

光電領(lǐng)域

在光纖通信中,陶瓷基板可作為光纖連接器的基座,用于固定和保護(hù)光纖,并提供良好的機(jī)械支撐和導(dǎo)熱性能,確保光纖的傳輸質(zhì)量。

在光電子器件制造中,陶瓷基板常用于制造光電子器件的封裝和支撐結(jié)構(gòu),如光電二極管、光電傳感器等,以提供良好的機(jī)械穩(wěn)定性和電熱性能。

在太陽(yáng)能電池制造中,陶瓷基板也被廣泛應(yīng)用于電池的支撐和封裝,以提供穩(wěn)定的機(jī)械和電氣性能。

新能源領(lǐng)域

在燃料電池制造中,陶瓷基板可作為電池的支撐和導(dǎo)電材料,具有良好的耐高溫性能和電導(dǎo)率,保證燃料電池的穩(wěn)定運(yùn)行。

在能源儲(chǔ)存器件制造中,陶瓷基板常用于制造超級(jí)電容器、鉀離子電池等器件的封裝和支撐結(jié)構(gòu),以提供良好的機(jī)械穩(wěn)定性和導(dǎo)電性能。

陶瓷基板還被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)、電力變換器等關(guān)鍵部件的制造中,以提供穩(wěn)定的機(jī)械和電熱性。

隨著科技的發(fā)展和應(yīng)用需求的增加,相信陶瓷基板在未來(lái)會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景。


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