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氧化鋁陶瓷粉:先進(jìn)電子封裝中的陶瓷材料

山東埃爾派 | 點(diǎn)擊量:0次 | 2020-11-25

摘要
  電子封裝基片材料的種類很多,常用基片主要分為塑料封裝基片、金屬封裝基片和陶瓷封裝基片3大類,目前以塑料為封裝材料最為廣泛。但塑料封裝材料通常熱導(dǎo)率不高、可靠性不

  電子封裝基片材料的種類很多,常用基片主要分為塑料封裝基片、金屬封裝基片和陶瓷封裝基片3大類,目前以塑料為封裝材料最為廣泛。但塑料封裝材料通常熱導(dǎo)率不高、可靠性不好,在要求較高的場(chǎng)合并不適用;金屬封裝材料熱導(dǎo)率高,但一般熱膨脹系數(shù)不匹配,而且價(jià)格較高;陶瓷封裝雖然不是主要的封裝形式,但其作為一種氣密性封裝,熱導(dǎo)率較高,毫無疑問是今后封裝材料的發(fā)展方向。

  那又有哪些陶瓷材料會(huì)被用以電子封裝呢?

  1、Al2O3陶瓷

  Al2O3陶瓷是目前應(yīng)用最成熟的陶瓷基片材料,其價(jià)格低廉,尺寸精度高,與金屬的附著力好,耐熱沖擊性和電絕緣性較好,制作和加工技術(shù)成熟是一種綜合性能較為理想的基片材料,因而使用最廣泛,占陶瓷基片材料的90%。

  2、AIN陶瓷

  AIN陶瓷基片是一種新型的基片材料,具有優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性、可靠的電絕緣性、低的介電常數(shù)和介電損耗、無毒,以及與硅相匹配的熱膨脹系數(shù)等一系列優(yōu)良特性,被認(rèn)為是新一代高集成度半導(dǎo)體基片和電子器件封裝的理想材料,受到了國內(nèi)外研究者的廣泛重視。

  但是,AIN陶瓷的制備工藝復(fù)雜,成本高,故至今仍未能進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用。

  3、BN陶瓷

  BN具有較好的綜合性能,但作為基片材料,它沒有突出的優(yōu)點(diǎn),價(jià)格昂貴,而且熱膨脹系數(shù)又遠(yuǎn)小于Si的,易形成較大的熱應(yīng)力(Si在室溫至673℃范圍內(nèi)熱膨脹系數(shù)為(3.5~3.8)×10-6℃),BN目前仍處于研究和推廣中。

  4、氧化鈹(BeO)

  BeO材料密度低,具有纖鋅礦型和強(qiáng)共價(jià)鍵結(jié)構(gòu),其粉末與基片均為白色。相對(duì)分子量較低,導(dǎo)致材料熱導(dǎo)率高,如純度為99%的BeO陶瓷室溫?zé)釋?dǎo)率可達(dá)310W/(m·K)。其禁帶寬度高達(dá)10.6eV,介電常數(shù)為6.7,彈性模量為350GPa,抗彎強(qiáng)度為200MPa,具有良好的綜合性能。

  BeO的生產(chǎn)成本很高,這也限制了它的生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。其用途僅限于以下幾個(gè)方面:高功率晶體管的散熱片、高頻及大功率半導(dǎo)體器件的散熱蓋板、發(fā)射管、行波管、激光管、速調(diào)管等。

  5、SiC陶瓷

  SiC陶瓷的熱導(dǎo)率很高,是Al2O3的13倍,而且電絕緣性好,熱膨脹系數(shù)低于Al2O3和AIN。但是,SiC的介電常數(shù)太高,是AIN的4倍,耐壓強(qiáng)度低,所以僅適合密度較低的封裝而不適合高密度封裝。除了用于集成電路組件、陣列組件以及激光二極管等之外,也用于具有導(dǎo)電性的(機(jī)構(gòu))結(jié)構(gòu)零件。

  6、Si3N4陶瓷

  Si3N4陶瓷基片具有很高的電絕緣性能和化學(xué)穩(wěn)定性,熱穩(wěn)定性好,機(jī)械強(qiáng)度大,除了加壓燒結(jié)品外,也可做成絕緣薄膜使用,尤其是可用于制造高集成度的大規(guī)模集成電路板。

  目前來說,就材料性質(zhì)而言,氮化鋁和氮化硅無疑是最好的封裝材料,但是考慮到成本因素,氧化鋁因其突出的性價(jià)比應(yīng)用最為廣泛。

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