-
鄒小姐：13326633089 -
-
cac_sales@sina.com 
從芯片(pian)到器件和系統(tong)的工藝過(guo)程都稱為(wei)電子封裝(zhuang)，芯片(pian)只有(you)經過(guo)封裝(zhuang)才(cai)能成為(wei)一(yi)個完(wan)整的器件，才(cai)能具有(you)特點(dian)的功(gong)能。半導體封裝(zhuang)一(yi)般可分為(wei)4級：0級封裝，晶圓的電路設計與制造；1級封裝，芯片之間的相互連接；2級封裝，元器件封裝到電路板；3級封裝，電路板組合在主板并形成最終電子產品。電子產品制備過程，封裝占總成本30-60%。
4級封裝：0級→1級→2級→3級
電子封(feng)裝的主(zhu)要功能有4個，①機械保護：機械支撐與保護，防潮/防塵/防振（氣密封裝）；②電互聯：供電、信號傳輸與控制；③散熱、熱匹配等（功率半導體、高溫器件）；④導光：降低光損耗，提高出光效率。
封裝有4大功能的實現，實際上有很多和IC封裝有關，比如說機械支撐，芯片要放在基板上面去；第二要實現電互連，基板上面有很多電路層；第三解決散熱問題，特別對于功率器件而言。目前常用基板分為三大類，第一類就是高分子樹脂基板，第二類就是金屬基板，底下是個金屬層，上面是一個線路層，但是中間有一個絕緣層。第三類就是陶瓷基板，也就是我們今天的重點。陶瓷(ci)(ci)材料本身具有(you)熱導率高、耐熱性(xing)(xing)好、高絕緣、高強度(du)、與芯片材料熱匹配等性(xing)(xing)能(neng)，非常(chang)適(shi)合作為功率器(qi)件封裝基(ji)板，目前已在半(ban)導體(ti)照明(ming)、激(ji)光(guang)與光(guang)通信、航空航天(tian)、汽車電子、深海鉆探(tan)等領域得到廣泛應用(yong)。陶瓷(ci)(ci)基(ji)板又稱陶瓷(ci)(ci)電路板，包括陶瓷(ci)(ci)基(ji)片和金屬線(xian)路層等。
一、陶瓷基片材料
目前，常用電(dian)子封裝陶瓷基片材料包括氧(yang)化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、氮化硅(Si3N4)、氧化鈹(BeO)等。下面分別介紹其性能與技術特點。
1、氧(yang)化鋁
氧化(hua)鋁陶瓷呈白色，熱導率為20-30W/(m·K)，25°C~200°C溫度范圍(wei)內熱膨脹系數(shu)為7.0×10-6/°C~8.0×10-6/°C，彈性模量約為300GPa，抗(kang)彎強度(du)為300MPa~400MPa，介電(dian)常(chang)數為10。氧(yang)化(hua)鋁(lv)陶瓷具(ju)有原料來源豐(feng)富、價格低廉、絕緣性高(gao)(gao)、耐熱沖(chong)擊(ji)、抗化(hua)學腐(fu)蝕及機械強度高(gao)(gao)等優點，是一種綜合性能較好的陶瓷基(ji)(ji)片材料，占陶瓷基(ji)(ji)片材料總(zong)量的80%以上。但由于其熱導率相對較低(99%氧化鋁熱導率約為30W/(m·K)，熱膨脹系數較高，一般應用在汽車電子、半導體照明、電氣設備等領域。
深色氧化鋁(lv)陶(tao)瓷封裝基板
氧化(hua)鋁陶瓷基片成型方法主要有軋膜(mo)法、流延法和凝膠注膜(mo)法等。其(qi)中(zhong)后兩種(zhong)方法采用去離子水(shui)代替(ti)有機(ji)溶劑，既(ji)可降低成本，也有利于(yu)環保(bao)，是Al2O3陶瓷片制備主要研(yan)究(jiu)方向之一。
白色氧化(hua)鋁陶(tao)瓷封裝基(ji)板
相關(guan)閱讀：
1）
2）
2、氮化鋁
氮(dan)化鋁材料呈灰白(bai)色(se)，屬(shu)于六方晶(jing)系，是以(yi)[AlN4]四面體為結構單元的纖鋅礦型共價鍵化合物。該結構決定了其具有優良的熱學、電學和力學性能。AlN陶瓷理論熱導率可達320W/(m·K)，其商用產品熱導率一般為180W/(m·K)~260W/(m·K)[9]，25°C~200°C溫度范圍內熱膨脹系數為4×10-6/°C（與Si和GaAs等半導(dao)體(ti)(ti)芯片材料基本(ben)匹配），彈性模量為310GPa，抗彎(wan)強度為300MPa~340MPa，介(jie)電常(chang)數為8~10。
氮化鋁(lv)陶瓷基(ji)板
氮化(hua)鋁陶(tao)瓷熱導率為氧化(hua)鋁陶(tao)瓷的6~8倍，但熱膨脹系數(shu)只(zhi)有(you)其50%，此外還具有絕緣強度高、介電常數低、耐腐(fu)蝕性好(hao)等優勢。除了成本較高外，氮化鋁陶瓷綜合性能均優于(yu)氧化鋁陶瓷，是(shi)一種(zhong)非常理想的(de)電子封裝(zhuang)基片材料，尤(you)其適用(yong)于(yu)導(dao)熱(re)性能要求較高的(de)領域。
相關閱讀：
1）
2）
3）
3、氮化硅(gui)陶瓷
Si3N4具(ju)有三種晶體(ti)結構，分別是α相、β相和γ相(其中α與β相是最常見形態)，均為六方結構，其粉料與基片呈灰白色，如下圖所示。Si3N4陶瓷基片彈性模量為320GPa，抗彎強度為920MPa，熱膨脹系數僅為3.2×10-6/°C，介(jie)電常數為9.4，具有硬度(du)大、強度(du)高、熱膨脹系數小、耐腐(fu)蝕性高等優勢(shi)。由(you)于(yu)Si3N4陶瓷晶(jing)體結構復雜，對聲子散(san)射較大，因此早期研究認為其熱導率(lv)低，如Si3N4軸承球、結構件等(deng)產品熱導率只(zhi)有15W/(m·K)~30W/(m·K)。
TOSHIBA高導(dao)熱氮化硅基板
后來科學家通(tong)過經典固體傳輸(shu)理論計算發現，Si3N4材料熱導率(lv)低的(de)主要原(yuan)因與晶(jing)格內缺陷、雜(za)質等有關，并預測(ce)其理論值最高可達320W/(m·K)。之后(hou)，許多(duo)科學家在提高Si3N4材料(liao)熱導率方(fang)面出現了大量的研究，通過工藝優化，氮化硅陶瓷熱導率不斷提高，目(mu)前已突破177W/(m·K)。Si3N4陶瓷傳熱(re)機制同樣為聲子傳熱(re)。晶格中的雜質往往伴隨著空位(wei)(wei)、位(wei)(wei)錯(cuo)等結構缺陷(xian)，降(jiang)低了聲子平均自由(you)程，導致熱(re)導率(lv)降(jiang)低，因此制備(bei)高純(chun)粉(fen)體(ti)是制備(bei)高熱(re)導率(lv)Si3N4陶瓷的關鍵。
目在現有可作(zuo)為基(ji)板材料使(shi)用的陶瓷材料中(zhong)，Si3N4陶瓷抗彎強度(du)高(gao)(大(da)于800MPa)，耐(nai)磨性好，是綜合(he)機械性能最好的陶瓷(ci)材料，同時其熱膨脹系數最小(xiao)，因而被認為(wei)是一種很有潛(qian)力的功率器件封裝(zhuang)基片材料。但是其制備工藝(yi)復(fu)雜，成本(ben)較高(gao)，熱導率偏低，主要(yao)適合應用于強度要(yao)求(qiu)較高(gao)但散熱要(yao)求(qiu)不高(gao)的(de)領域(yu)。
相(xiang)關閱讀：
1）
2）
3）
4）
4、氧化鈹
BeO材料密度低，具有纖鋅(xin)礦型和強共(gong)價鍵結構(gou)，其粉末與(yu)基片均為白色（見下(xia)圖）。BeO導熱(re)率(lv)是Al2O3的十(shi)幾(ji)倍，適(shi)用于大功率(lv)電路，如(ru)純(chun)度(du)為99%的(de)BeO陶瓷(ci)室溫熱導率可達310W/(m·K)；其禁帶(dai)寬度(du)高達(da)10.6eV，介電(dian)常數低(di)至6.7，可(ke)用于高(gao)頻電路；彈(dan)性模量為350GPa，抗彎(wan)強度為(wei)200MPa，具有良(liang)好的綜合性(xing)能。BeO基板基本上采用干壓法制作，此外也可在其中添加微量的MgO及Al2O3等利用生片法制作BeO基板。
但優秀的它還是有些不足(zu)之處(chu)的，由于BeO粉末的毒性，存在環境問題，在日本不允許生產BeO基板，只能從美國進口；BeO燒結溫度(du)高達(da)1900°C以上，生產成本高；BeO熱導率隨著溫度升高而降低，如在0°C~600°C溫度范圍內，BeO陶瓷平均(jun)熱導率(lv)為206.67W/(m·K)，但當溫度升(sheng)高到800°C時，其熱(re)導(dao)率(lv)降低為十分之一，上述原(yuan)因限制了氧化鈹的推廣應用(yong)。
氧化鈹陶瓷基板
但在某些大(da)功率(lv)、高(gao)頻半(ban)導(dao)體器件以及航空電子設(she)備(bei)和(he)(he)衛星(xing)通訊中，為了追求高(gao)導(dao)熱和(he)(he)理想高(gao)頻特性，仍(reng)在采用BeO陶(tao)瓷基片。目(mu)前，美(mei)國是全球主要的(de)BeO陶瓷基板生(sheng)產和(he)消費國(guo)，福(fu)特和(he)通用等汽車公司(si)在(zai)點(dian)火裝(zhuang)置中大量使用BeO陶瓷(ci)基板。
相(xiang)關閱讀：
1、
5、其他
除(chu)了上(shang)述陶(tao)瓷材料外，碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)等也都可作為陶瓷基片材料。其中，SiC單晶材料室溫熱導率可達490W/(m·K)，但SiC多晶體熱導率僅為67W/(m·K)。此外，SiC材料介電常數為40，是AlN陶瓷的4倍，限制了其高頻應用。BN材料具有較好的綜合性能，但作為基片材料，它沒有突出優點，且價格昂貴，與半導體材料熱膨脹系數也不匹配。
相關閱讀：
1）
2)
總體(ti)(ti)而(er)言，陶瓷基板(ban)在功率器件封裝中(zhong)占據(ju)舉足輕重(zhong)的作用，是各國重(zhong)點研發的關鍵(jian)電子(zi)材料。 陶瓷基板核心技術研發包括陶瓷粉料、陶瓷基片及陶瓷基板制備技術等都是非常值得我們關注的領域。但前文也有說，陶瓷基板由基片及金(jin)屬線路(lu)層(ceng)組成(cheng)，因此(ci)，除了要(yao)知道陶(tao)瓷基(ji)片(pian)有啥材質，那如何做成(cheng)板板呢(ni)？上文也為大家展(zhan)示了部(bu)分已經(jing)金(jin)屬化的陶(tao)瓷基(ji)板產品(pin)圖片(pian)，下期小編(bian)與大家一起探(tan)討一下各(ge)種不同(tong)類型的陶(tao)瓷基(ji)板的工藝路(lu)線，關注粉體(ti)圈(quan)，持(chi)續更新更多精彩文章(zhang)哦。
編輯：粉(fen)體(ti)圈Alpha
版權聲明：
本(ben)(ben)文(wen)為粉體圈原創作品，未(wei)經許(xu)可，不(bu)(bu)得轉載(zai)，也不(bu)(bu)得歪曲、篡(cuan)改或復(fu)制本(ben)(ben)文(wen)內容，否則本(ben)(ben)公司將依法追究法律責任。
