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氧化硅:陶瓷基板材料的发展趋势

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2019-7-23     浏览次数:    

  半导体正沿着大功率化、高频化、集成化方向展开。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使用。陶瓷线路板作为电子元器件在LED照明散热领域起着十分重要的效果。今天小编首要共享一下“半导体器件用陶瓷基板材料展开现状和趋势”。


陶瓷基板


  一    半导体器件用陶瓷基板材料的功用要求

  半导体封装材料是承载电子元件及其相互联线,并具有出色的电绝缘性的基体,基片材料应具有以下功用: 出色的绝缘性和抗电击穿才能;高的导热率:导热性直接影响半导体期间的运行状况和运用寿数,散热性差导致的温度场散布不均匀也会使电子器件噪声大大添加;热膨胀系数与封装内其他其他所用材料匹配;出色的高频特性:即低的介电常数和低的介质损耗;表面润滑,厚度一致:便于在基片表面印刷电路,并保证印刷电路的厚度均匀。

  现在常用的基片材料包含: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。其间陶瓷由于具有绝缘性好、化学性质安稳、热导率高、高频特性好等利益而受注目。国内对陶瓷电路板基片的需求也十分巨大,以氧化铝陶瓷基片为例,现在我国的需求量每年擦超越100万平米,而其间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展开现状现在现已投入出产使用的陶瓷电路板基片材料首要包含氧化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,铍和氧的间隔很小,原子间堆积细密,加之均匀原子量较低,符合高热导率陶瓷的条件,是氧化物中可贵的具有高电阻、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。 但是其丧命的缺点是据有毒性,长期吸入氧化铍粉尘会引起中毒乃至危及生命,并会对环境构成污染,这极大的影响了氧化铍陶瓷电路板基片的出产和使用。跟着新材料的展开,未来将被代替。

  2,三氧化二铝陶瓷基板板材料

  三氧化二铝陶瓷是现在制作和加工技术最老到的陶瓷基片材料,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瓷等不同的类型。三氧化二铝陶瓷基片具有介电损耗低,电功用与温度的关系不大,机械强度较高,化学安稳性好的利益,现在三氧化二铝陶瓷基片研讨的要点在于优化烧结的办法和烧结助剂的选择。

  尽管三氧化二铝基片现在电子职业比较老到陶瓷电路板材料,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,在重复的温度循环中容易产生内应力,大大添加了芯片失效概率。这也就抉择三氧化二铝基片并不能习惯半导体大功率的展开趋势,其使用只限于低端领域。

  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陶瓷材料成为少量几种具有高导热功用的非金属材料之一。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。其他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陶瓷的中心质料AIN粉体工艺凌乱、能耗高、周期长、价格昂贵。国内的AIN粉体基板依赖进口,质料的批次安稳性、本钱也就成为国内高端AIN陶瓷基片材料制作的瓶颈。高本钱限制了AIN陶瓷的广泛使用,因此现在AIN陶瓷电路板基片首要使用于高端产业。此外AIN陶瓷电路板尽管具有优异的导热功用和半导体材料相匹配的线膨胀系数,但是其力学功用较差,如果抗弯强度只需300mpa.在凌乱的力学环境下,AIN基片容易发生损坏,然后对半导体寿数构成影响,并添加其运用本钱。

  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、抗氧化功用好、热腐蚀功用好、摩擦系数小、与用油润滑的金属表面类似等许多优异功用,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等材料匹配出色,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材料。

  与其它陶瓷材料比较,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功用、对金属的化学慵懒、超高的硬度和断裂韧性等力学功用。以下是氮化硅、氮化铝、三氧化二铝三种陶瓷基板材料的功用比较。
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