半導(dǎo)體正沿著大功率化、高頻化、集成化方向發(fā)展。半導(dǎo)體器件在風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電、電動(dòng)汽車(chē)、LED照明等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。陶瓷基板作為電子元器件在LED照明散熱領(lǐng)域起著非常重要的作用。今天小編主要分享一下“半導(dǎo)體器件用陶瓷基板材料發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)‘

一，   半導(dǎo)體器件用陶瓷基板材料的性能要求

半導(dǎo)體封裝材料是承載電子元件及其相互聯(lián)線(xiàn)，并具有良好的電絕緣性的基

體，基片材料應(yīng)具有以下性能： 良好的絕緣性和抗電擊穿能力；高的導(dǎo)熱率：導(dǎo)熱性直接影響半導(dǎo)體期間的運(yùn)行狀況和使用壽命，散熱性差導(dǎo)致的溫度場(chǎng)分布不均勻也會(huì)使電子器件噪聲大大增加；熱膨脹系數(shù)與封裝內(nèi)其他其他所用材料匹配；良好的高頻特性：即低的介電常數(shù)和低的介質(zhì)損耗；表面光滑，厚度一致：便于在基片表面印刷電路，并確保印刷電路的厚度均勻。

       目前常用的基片材料包括：陶瓷基片、玻璃陶瓷基片、金剛石、樹(shù)脂基片、硅基片以及金屬或金屬?gòu)?fù)合材料等。其中陶瓷由于具有絕緣性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、熱導(dǎo)率高、高頻特性好等優(yōu)點(diǎn)而受矚目。國(guó)內(nèi)對(duì)陶瓷電路板基片的需求也非常巨大，以氧化鋁陶瓷基片為例，目前我國(guó)的需求量每年擦超過(guò)100萬(wàn)平米，而其中90%依賴(lài)進(jìn)口。

        二，  半導(dǎo)體器件用陶瓷基板基片材料發(fā)展現(xiàn)狀

目前已經(jīng)投入生產(chǎn)應(yīng)用的陶瓷電路板基片材料主要包括氧化Beo、氧化鋁和氮化鋁等

       1，   氧化BeO陶瓷基片材料

  氧化鈹材料中，鈹和氧的距離很小，原子間堆積致密，加之平均原子量較低，

符合高熱導(dǎo)率陶瓷的條件，是氧化物中難得的具有高電阻、高熱導(dǎo)率的陶瓷材料，其室溫?zé)釋?dǎo)率可達(dá)250W/(m.k),與金屬的熱導(dǎo)率相當(dāng)。 但是其致命的缺點(diǎn)是據(jù)有毒性，長(zhǎng)期吸入氧化鈹粉塵會(huì)引起中毒甚至危及生命，并會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，這極大的影響了氧化鈹陶瓷電路板基片的生產(chǎn)和應(yīng)用。隨著新材料的發(fā)展，未來(lái)將被替代。

      2，    三氧化二鋁陶瓷基板板材料

 三氧化二鋁陶瓷是目前制作和加工技術(shù)最成熟的陶瓷基片材料，三氧化二鋁

陶瓷基片的注意成分是三氧化二鋁，根據(jù)含量不同有75瓷、85瓷、95瓷和99瓷等不同的型號(hào)。三氧化二鋁陶瓷基片具有介電損耗低，電性能與溫度的關(guān)系不大，機(jī)械強(qiáng)度較高，化學(xué)穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，目前三氧化二鋁陶瓷基片研究的重點(diǎn)在于優(yōu)化燒結(jié)的方法和燒結(jié)助劑的選擇。

  雖然三氧化二鋁基片目前電子行業(yè)比較成熟陶瓷電路板材料，但是因其導(dǎo)

熱率較低，99瓷僅位29W/(m.k).此外熱膨脹系數(shù)較高，在反復(fù)的溫度循環(huán)中容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，大大增加了芯片失效概率。這也就決定三氧化二鋁基片并不能適應(yīng)半導(dǎo)體大功率的發(fā)展趨勢(shì)，其應(yīng)用只限于低端領(lǐng)域。

       3，   氮化鋁陶瓷電路板基片材料

 鋁和氮都是四賠位，其晶體的理論密度為3.231g/平方米。這種結(jié)構(gòu)AIN陶

瓷材料成為少數(shù)幾種具有高導(dǎo)熱性能的非金屬材料之一。AIN陶瓷基片有著三氧化二鋁陶瓷基片5倍以上的熱導(dǎo)率，可達(dá)150W/|(m.k)以上。另外AIN的熱膨脹系數(shù)為（3.8~4.4）乘以10-6/攝氏度，與SI、碳化硅等半導(dǎo)體芯片材料熱膨脹系數(shù)匹配較好。  制作AIN陶瓷的核心原料AIN粉體工藝復(fù)雜、能耗高、周期長(zhǎng)、價(jià)格昂貴。國(guó)內(nèi)的AIN粉體基板依賴(lài)進(jìn)口，原料的批次穩(wěn)定性、成本也就成為國(guó)內(nèi)高端AIN陶瓷基片材料制造的瓶頸。高成本限制了AIN陶瓷的廣泛應(yīng)用，因此目前AIN陶瓷電路板基片主要應(yīng)用于高端產(chǎn)業(yè)。此外AIN陶瓷電路板雖然具有優(yōu)秀的導(dǎo)熱性能和半導(dǎo)體材料相匹配的線(xiàn)膨脹系數(shù)，但是其力學(xué)性能較差，如果抗彎強(qiáng)度只有300mpa.在復(fù)雜的力學(xué)環(huán)境下，AIN基片容易發(fā)生損壞，從而對(duì)半導(dǎo)體壽命造成影響，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、強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)小、高溫蠕動(dòng)小、抗氧化性能

好、熱腐蝕性能好、摩擦系數(shù)小、與用油潤(rùn)滑的金屬表面相似等諸多優(yōu)異性能，是綜合性最好的結(jié)構(gòu)陶瓷材料。單晶氮化硅的理論熱導(dǎo)率可達(dá)400W/(m.k),具有成為高熱導(dǎo)基片的潛力。 此外氮化硅的熱膨脹系數(shù)為3.0乘以10-6/攝氏度左右，與SI.SIC和caas等材料匹配良好，這使得氮化硅陶瓷電路板基片將成為一種具有吸引力的高強(qiáng)度導(dǎo)熱電子器件基板資料。

      與其它陶瓷材料相比，氮化硅陶瓷材料具有明顯優(yōu)勢(shì)，尤其是高溫條件下氮化硅陶瓷材料表現(xiàn)出的耐高溫性能、對(duì)金屬的化學(xué)惰性、超高的硬度和斷裂韌性等力學(xué)性能。以下是氮化硅、氮化鋁、三氧化二鋁三種陶瓷基板材料的性能比較。

     此外氮化硅的抗彎強(qiáng)度、斷裂熱性都可以達(dá)到AIN的2倍以上。氮化硅陶瓷電路板基片在未來(lái)的廣闊市場(chǎng)前景，引起了陶瓷企業(yè)的高度重視。因而前全球真正將氮化硅陶瓷基片用于實(shí)際生產(chǎn)電子器件的只有東芝、京瓷和羅杰斯等少數(shù)公司。如果您有更多陶瓷電路板制作材料和工藝的需求可以咨詢(xún)金瑞欣特種電路，金瑞欣是專(zhuān)業(yè)的陶瓷基板生產(chǎn)廠家，十多年電路板制作經(jīng)驗(yàn)，值得信賴(lài)。