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氧化硅:陶瓷基板材料的发展趋势

陶瓷基板 陶瓷基板生产厂家

半导体正沿着大功率化、高频化、集成化方向发展。半导体器件在风力发电、太阳能光伏发电、电动汽车、LED照明等领域都有广泛的应用。陶瓷基板作为电子元器件在LED照明散热领域起着非常重要的作用。今天小编主要分享一下“半导体器件用陶瓷基板材料发展现状和趋势‘

一,   半导体器件用陶瓷基板材料的性能要求

半导体封装材料是承载电子元件及其相互联线,并具有良好的电绝缘性的基

体,基片材料应具有以下性能: 良好的绝缘性和抗电击穿能力;高的导热率:导热性直接影响半导体期间的运行状况和使用寿命,散热性差导致的温度场分布不均匀也会使电子器件噪声大大增加;热膨胀系数与封装内其他其他所用材料匹配;良好的高频特性:即低的介电常数和低的介质损耗;表面光滑,厚度一致:便于在基片表面印刷电路,并确保印刷电路的厚度均匀。

       目前常用的基片材料包括:陶瓷基片、玻璃陶瓷基片、金刚石、树脂基片、硅基片以及金属或金属复合材料等。其中陶瓷由于具有绝缘性好、化学性质稳定、热导率高、高频特性好等优点而受瞩目。国内对陶瓷电路板基片的需求也非常巨大,以氧化铝陶瓷基片为例,目前我国的需求量每年擦超过100万平米,而其中90%依赖进口。

      氮化铝陶瓷基板

        二,  半导体器件用陶瓷基板基片材料发展现状

目前已经投入生产应用的陶瓷电路板基片材料主要包括氧化Beo、氧化铝和氮化铝等

       1,   氧化BeO陶瓷基片材料

  氧化铍材料中,铍和氧的距离很小,原子间堆积致密,加之平均原子量较低,

符合高热导率陶瓷的条件,是氧化物中难得的具有高电阻、高热导率的陶瓷材料,其室温热导率可达250W/(m.k),与金属的热导率相当。 但是其致命的缺点是据有毒性,长期吸入氧化铍粉尘会引起中毒甚至危及生命,并会对环境造成污染,这极大的影响了氧化铍陶瓷电路板基片的生产和应用。随着新材料的发展,未来将被替代。

      2,    三氧化二铝陶瓷基板板材料

 三氧化二铝陶瓷是目前制作和加工技术最成熟的陶瓷基片材料,三氧化二铝

陶瓷基片的注意成分是三氧化二铝,根据含量不同有75瓷、85瓷、95瓷和99瓷等不同的型号。三氧化二铝陶瓷基片具有介电损耗低,电性能与温度的关系不大,机械强度较高,化学稳定性好的优点,目前三氧化二铝陶瓷基片研究的重点在于优化烧结的方法和烧结助剂的选择。

  虽然三氧化二铝基片目前电子行业比较成熟陶瓷电路板材料,但是因其导

热率较低,99瓷仅位29W/(m.k).此外热膨胀系数较高,在反复的温度循环中容易产生内应力,大大增加了芯片失效概率。这也就决定三氧化二铝基片并不能适应半导体大功率的发展趋势,其应用只限于低端领域。

       3,   氮化铝陶瓷电路板基片材料

 铝和氮都是四赔位,其晶体的理论密度为3.231g/平方米。这种结构AIN陶

瓷材料成为少数几种具有高导热性能的非金属材料之一。AIN陶瓷基片有着三氧化二铝陶瓷基片5倍以上的热导率,可达150W/|(m.k)以上。另外AIN的热膨胀系数为(3.8~4.4)乘以10-6/摄氏度,与SI、碳化硅等半导体芯片材料热膨胀系数匹配较好。  制作AIN陶瓷的核心原料AIN粉体工艺复杂、能耗高、周期长、价格昂贵。国内的AIN粉体基板依赖进口,原料的批次稳定性、成本也就成为国内高端AIN陶瓷基片材料制造的瓶颈。高成本限制了AIN陶瓷的广泛应用,因此目前AIN陶瓷电路板基片主要应用于高端产业。此外AIN陶瓷电路板虽然具有优秀的导热性能和半导体材料相匹配的线膨胀系数,但是其力学性能较差,如果抗弯强度只有300mpa.在复杂的力学环境下,AIN基片容易发生损坏,从而对半导体寿命造成影响,并增加其使用成本。

       三,   氮化硅陶瓷基板基片

氮化硅陶瓷具有硬度大、强度高、热膨胀系数小、高温蠕动小、抗氧化性能

好、热腐蚀性能好、摩擦系数小、与用油润滑的金属表面相似等诸多优异性能,是综合性最好的结构陶瓷材料。单晶氮化硅的理论热导率可达400W/(m.k),具有成为高热导基片的潜力。 此外氮化硅的热膨胀系数为3.0乘以10-6/摄氏度左右,与SI.SIC和caas等材料匹配良好,这使得氮化硅陶瓷电路板基片将成为一种具有吸引力的高强度导热电子器件基板资料。

      与其它陶瓷材料相比,氮化硅陶瓷材料具有明显优势,尤其是高温条件下氮化硅陶瓷材料表现出的耐高温性能、对金属的化学惰性、超高的硬度和断裂韧性等力学性能。以下是氮化硅、氮化铝、三氧化二铝三种陶瓷基板材料的性能比较。

     蜂窝陶瓷载体.jpg

  

     此外氮化硅的抗弯强度、断裂热性都可以达到AIN的2倍以上。氮化硅陶瓷电路板基片在未来的广阔市场前景,引起了陶瓷企业的高度重视。因而前全球真正将氮化硅陶瓷基片用于实际生产电子器件的只有东芝、京瓷和罗杰斯等少数公司。如果您有更多陶瓷电路板制作材料和工艺的需求可以咨询金瑞欣特种电路,金瑞欣是专业的陶瓷基板生产厂家,十多年电路板制作经验,值得信赖。

       


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