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陶瓷封装基片材料一览
电子封装基板种类繁多,常用的基板主要分为塑料封装基板、金属封装基板和陶瓷封装基板。


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图源自网络

陶瓷基板与塑料基板和金属基板相比具有绝缘性能好、低介电系数,高频性能、高导热系数、气密性好、化学性能稳定等特点,对微电子系统起到很好的保护作用。

基于以上优势,陶瓷基板在高可靠性、高频、耐高温、气密性好的产品例如移动通信、计算机、家用电器、汽车电子上都可以找到它们的身影。尤

陶瓷基板材料种类丰富 应对不同需求

目前,电子封装主要的陶瓷基板材料有氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、氧化铍(BeO)等。

一、氧化铝陶瓷基板

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图源自赛郎泰克

氧化铝基板是目前使用量最大的基板。目前使用的Al2O3陶瓷基片主要是多层基板。Al2O3的加入提高了材料的电绝缘性能、热导率和抗冲击性能,但同时也会导致烧结温度和生产成本的提高。所以为了降低Al2O3基板烧结温度,一般加入一些烧结助剂,如Y2O3、B2O3、MgO等。

二、氮化铝陶瓷基板

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图源自赛郎泰克

AlN氮化铝陶瓷基片是一种新型的基片材料。近年来,AlN氮化铝出色的导热性,是新一代高集成度半导体基板和电子封装材料的首要选择。导热有多好?AlN陶瓷基片热导率可达150~230W/(m·K),是Al2O3的8倍以上。目前,商业上一般都在170W/(m·K)以上。另外,AlN的热膨胀系数为(3.8~4.4)×10-6/℃,与Si、SiC和GaAs等半导体芯片材料热膨胀系数匹配良好。高成本是限制了AlN陶瓷广泛应用重要因素,目前AlN陶瓷基片主要应用于高端产业。

三、氮化硅陶瓷基板


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图源自中材高新

Si3N4 氮化硅具有三种晶体结构,分别是α相、β相和γ相 ,其中α与β相是最常见形态。Si3N4具有硬度大、强度高、热膨胀系数小、高温蠕变小、抗氧化性好、热腐蚀性能好、摩擦系数小等优良性能。

在现有可作为基板材料使用的陶瓷材料中,Si3N4 陶瓷抗弯强度高 (大于 800 MPa)。但是,Si3N4陶瓷的介电性能较差,介电常数为8.3,介电损耗为0.001~0.1。目前的生产成本也较高。

四、碳化硅陶瓷基板

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图源自京瓷

SiC陶瓷具有较高的热导率,在高温下热导率为100w/(m·k)~400W/(m·k),是Al2O3的13倍。抗氧化性能好,在1600℃的氧化气氛中仍可使用;而且电绝缘性好,热膨胀系数低于Al2O3和AlN。因其抗压强度较低,一般仅适用于低密度封装,而不适用于高密度封装。除集成电路元件、阵列元件、激光二极管等外,还用于导电结构件。

五、氧化铍陶瓷基板

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图源自中鸣

BeO氧化铍具有较高的热导率,BeO氧化铝约为10倍,其室温下的热导率可达250W/(m K),且导热系数对金属而言,且在高温、高频下,其电气性能好,耐热性好,耐冲击性好,化学稳定性好。氧化铍可以应用在大功率晶体管的散热片、高频大功率半导体器件的散热片、发射管、行波管、激光管、速调管。


由于 Al2O3 和 AlN 具有较好的综合性能,且现在市场上早已达到了量产能力,所以影响市场相对较多;Si3N4 基板抗弯强度高的优点也被重视了起来,在下游应用在陶瓷封装中的潜力不可小觑。



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