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    电子封装陶瓷基板材料以及陶瓷基板应用

    电子陶瓷基板

                                                        电子封装陶瓷基板材料以及陶瓷基板应用

          电子封装基板主要可分为高分子基板、金属基板和陶瓷基板几类。金属基板和高分子基板受限于功率器件对导热、耐热、绝缘、强度与热匹配性能的要求,而陶瓷材料具有热导率高、耐热性好、高绝缘、高强度、与芯片材料热匹配等性能,非常适合作为功率器件封装基板,目前已在半导体照明、激光与光通信、航空航天、汽车电子、深海钻探等领域得到广泛应用。

    一,陶瓷基板材料分类以及作用

    1.氧化铝陶瓷基板

    氧化铝陶瓷呈白色,氧化铝陶瓷基片成型方法主要有轧膜法、流延法和凝胶注膜法等。氧化铝陶瓷具有原料来源丰富、价格低廉、绝缘性高、耐热冲击、抗化学腐蚀及机械强度高等优点,是一种综合性能较好的陶瓷基片材料,占陶瓷基片材料总量的 80%以上。但由于其热导率相对较低,热膨胀系数较高,一般应用在汽车电子、半导体照明、电气设备等领域。

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    2.氮化铝陶瓷基板

    氮化铝材料呈灰白色,其热导率为氧化铝陶瓷的6~8倍,但热膨胀系数只有其50%,此外还具有绝缘强度高、介电常数低、耐腐蚀性好等优势。除了成本较高外,氮化铝陶瓷综合性能均优于氧化铝陶瓷,是一种非常理想的电子封装基片材料,尤其适用于导热性能要求较高的领域。

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    3.氮化硅陶瓷基板

    氮化硅陶瓷基片硬度大、强度高、热膨胀系数小、耐腐蚀性高。氮化硅陶瓷抗弯强度高,耐磨性好,是综合机械性能最好的陶瓷材料,同时因其热膨胀系数最小,被认为是一种很有潜力的功率器件封装基片材料。但是其制备工艺复杂,成本较高,热导率偏低,主要适合应用于强度要求较高但散热要求不高的领域。

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    4.氧化铍陶瓷基板

    氧化铍材料密度低,具有纤锌矿型和强共价键结构,其粉末与基片均为白色,因其较低的相对分子量,其热导率高,综合性能好。 但因氧化铍材料粉体具有毒性、生产成本高、热导率随着温度升高而降低,限制了氧化铍的推广应用。但在某些大功率、高频半导体器件以及航空电子设备和卫星通讯中,为了追求高导热和理想高频特性,仍在采用氧化铍陶瓷基片。

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    5.碳化硅、氮化硼陶瓷基片

    碳化硅、氮化硼等也都可作为陶瓷基片材料。碳化硅多晶体热导率较低,材料介电常数为40,是AlN陶瓷的4倍,限制了其高频应用。氮化硼材料具有较好的综合性能,但作为基片材料,它没有突出优点,且价格昂贵,与半导体材料热膨胀系数也不匹配,目前仍处于研究中。

    二,陶瓷基板的应用

          【电力电子器件封装】

    绝缘栅双极晶体管(IGBT)封装主要采用DBC陶瓷基板,DBC基板金属线路层较厚,载流能力大、耐高温性好、可靠性高等特点。

    【激光器(LD)封装】

    LD封装须采用导热性能好、热膨胀系数匹配的陶瓷基板。由于氮化铝陶瓷具有热导率高、热膨胀系数低等优点,因此LD封装普遍使用氮化铝陶瓷基板。

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    【发光二极管(LED)封装】

    大功率LED封装基板先后经历了金属支架、金属基板和陶瓷基板。由于陶瓷基板具有高绝缘、高导热和耐热、低膨胀等特性,特别是采用垂直通孔技术的DPC陶瓷基板,可有效满足倒装共晶、COB(板上芯片封装)、CSP(芯片尺寸封装)等技术白光 LED 封装需求。对于紫外LED模组,采用三维陶瓷基板,可满足其高效散热与气密封装需求。

    LED氮化铝陶瓷基板.jpg

      【热电制冷器(TEC)封装】

    热电制冷片是一种常用的半导体制冷器件,由于热电制冷效率与半导体粒子数量呈正相关,单位面积粒子数量越多,热电制冷效率越高。DPC陶瓷基板精度高,可提高粒子布置密度,从而有效提高热电制冷效率。

    制冷片氮化硅陶瓷覆铜板.jpg

    【高温电子器件(HTE)封装】

    航空航天、深海钻探、汽车等领域电子器件需要能够在极端环境(如高温、高湿、高压、高腐蚀、高辐射、高频振动等)下工作,因此封装材料必须具有高耐热性和抗湿性,同时器件芯片必须密封于腔体中,避免外界环境的侵蚀和破坏。三维陶瓷基板(如HTCC、LTCC、MPC和DMC等)具有高强度腔体结构,气密性良好,可满足恶劣环境下器件封装要求。

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    6.其他功率器件封装】

    陶瓷基板也同样应用在很多其他功率或高温器件封装中。如聚焦光伏器件封装,由于聚焦作用导致太阳光密度加,芯片温度升高,必须采用陶瓷基板强化散热。在微波射频领域,为了降低损耗,需采用高频特性良好的HTCC或 LTCC基板来提高速度。更多电子封装陶瓷基板相关问题可以咨询金瑞欣特种电路。

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    参考内容文献:电子封装陶瓷基板-程浩;陈明祥;罗小兵;彭洋;刘松坡

     


    陶瓷pcb电路板|深圳市金瑞欣特种电路技术有限公司

    金瑞欣——专业的陶瓷电路板制造商

    通过公司研发团队的不懈努力,现已成功研发微小孔板、高精密板、难度板、微型化板、围坝板等,具备DPC、DBC、HTCC、LTCC等多种陶瓷生产技术,以便为更多需求的客户服务,开拓列广泛的市场。

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