“多才多藝”的氧化鋁陶瓷基板

陶瓷基板以其優(yōu)良的導(dǎo)熱性和氣密性，廣泛應(yīng)用于功率電子、電子封裝、混合微電子和多芯片模塊等領(lǐng)域。氧化鋁是目前應(yīng)用最廣最多的陶瓷基板材料，它不僅機(jī)械強(qiáng)度大、絕緣、耐高溫、穩(wěn)定性好、高性價比以及對熱沖擊作用的良好抵抗性、與金屬之間能形成密封的釬焊等優(yōu)勢，而且制造加工工藝成熟成本低廉，已被廣泛應(yīng)用于厚膜電路、薄膜電路、混合電路、多芯片組件以及大功率IGBT模塊等領(lǐng)域，也是目前應(yīng)用最為廣泛的陶瓷基板材料。

氧化鋁陶瓷的種類

氧化鋁陶瓷根據(jù)純度可分為分為純高型和普通型兩種。

①高純型氧化鋁

高純型氧化鋁陶瓷是Al2O3含量在99.9％以上的陶瓷材料，由于其燒結(jié)溫度高達(dá)1650~1990℃，透射波長為1~6μm，一般制成熔融玻璃以取代鉑坩堝，利用其透光性及可耐堿金屬腐蝕性用作鈉燈管；在電子工業(yè)中可作集成電路基板與高頻絕緣材料。

②普通型氧化鋁陶瓷

普通型氧化鋁陶瓷按Al2O3含量不同分為99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品種（指Al2O3含量分別為99%、95%、90%、85%等）,主要區(qū)別在于基板摻雜量不同，摻雜量越少，基片純度越高，不同純度的氧化鋁陶瓷基片的電性能、機(jī)械性能都有一定的區(qū)別，純度越高的陶瓷片其介電常數(shù)越高，介質(zhì)損耗越低，其基板的光潔度越好。有時Al2O3含量在80%或75%者也劃為普通氧化鋁陶瓷系列。

▼不同Al2O3含量的Al2O3陶瓷基片的典型性能

其中99氧化鋁瓷材料用于制作高溫坩堝、耐火爐管及特殊耐磨材料，如陶瓷軸承、陶瓷密封件及水閥片等；95氧化鋁瓷主要用作耐腐蝕、耐磨部件；85瓷中由于常摻入部分滑石，提高了電性能與機(jī)械強(qiáng)度，可與鉬、鈮、鉭等金屬封接，有的用作電真空裝置器件。75瓷和95瓷是廣泛用作厚膜電路基板的陶瓷材料，薄膜電路用的陶瓷基板多采用97瓷或99瓷。

氧化鋁基片的主要性能隨著氧化鋁含量的增加而提高，但氧化鋁含量越高，陶瓷制備越困難，95瓷一般在1500℃以上燒成。而99瓷的燒成溫度達(dá)到1700℃以上。

按照顏色來分，氧化鋁陶瓷基片有白色、紫色、黑色三種。常見的氧化鋁基板是白色，用作LED基板、高頻電路基板等，但有些用途需要避免氧化鋁基板反射光線，黑色氧化鋁的產(chǎn)品因此生成。

氧化鋁陶瓷基板的優(yōu)勢

● 良好的絕緣性能：氧化鋁陶瓷基板具有良好的絕緣性能，能夠有效隔離電路，避免因漏電等問題導(dǎo)致的故障。

● 優(yōu)異的耐高溫性能：氧化鋁陶瓷基板在高溫環(huán)境下能夠保持穩(wěn)定的性能，能夠承受高溫環(huán)境下的長時間運(yùn)行，不易變形、燒蝕或氧化等。

● 高強(qiáng)度和硬度：氧化鋁陶瓷基板具有較高的強(qiáng)度和硬度，能夠承受一定的機(jī)械壓力和沖擊力，不易破碎或磨損。

● 優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性：氧化鋁陶瓷基板對大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)都具有良好的耐腐蝕性，能夠在化學(xué)侵蝕的環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。

● 良好的加工性能：氧化鋁陶瓷基板具有良好的加工性能，可以進(jìn)行鉆孔、銑削、切割等加工工藝，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的幾何形狀和高精度的尺寸要求。可基于薄膜光刻工藝進(jìn)行電路加工，其精度可達(dá)到微米級別，許多無源器件可基于氧化鋁陶瓷基片進(jìn)行設(shè)計，由于其介電常數(shù)相對一般PCB基板較高，設(shè)計而成的器件尺寸小，這在各類組件模塊小型化的發(fā)展趨勢中有著十分顯著的優(yōu)勢。

氧化鋁陶瓷基板的應(yīng)用

①片式電阻用陶瓷基板

電阻氧化鋁陶瓷基板優(yōu)勢：產(chǎn)品體積小、重量輕、熱膨脹系數(shù)小、可靠性好、導(dǎo)熱率和密度高，大大提高了電路的可靠性和電路的布線密度，是片式電阻元件的載體材料。

片式電阻結(jié)構(gòu)示意圖，來源：松下

②混合集成電路用陶瓷基板

混合集成電路（hydrid）是一種封裝方法，其應(yīng)至少含有二個以上元件，且其中一個是有源的。把它們安裝于已經(jīng)用厚膜或薄膜制成的金屬導(dǎo)帶絕緣片上，用這種技術(shù)制造的復(fù)雜電路即為混合集成電路?；瑢﹄娐菲饳C(jī)械支撐作用，為形成無源元件的導(dǎo)帶材料，介質(zhì)材料及電阻材料提供淀積場所，它還對所有無源及有源片式元件起機(jī)械支撐作用。

在混合集成電路中，常用的基板有氧化鋁、氧化鈹、氧化硅、氮化鋁等種類，但是從成本和性能上考慮，被廣泛使用的還是具有光滑表面的高純度氧化鋁基板。因氧化鋁含量的不同，基板的質(zhì)量和等級也有所差異，常見的有99.6%氧化鋁和96%氧化鋁，前者一般適用于薄膜電路，而對于厚膜電路來說，96%氧化鋁基板就可以滿足其工藝要求。多層共燒用氧化鋁陶瓷一般采用90瓷～95瓷之間的氧化鋁陶瓷生瓷片為基本材料。

③功率器件基板

對于功率型電子器件封裝而言，基板除具備基本的布線（電互連）功能外，還要求具有較高的導(dǎo)熱、絕緣、耐熱、耐壓能力與熱匹配性能。以DBC和DPC等為代表的金屬化陶瓷基板在導(dǎo)熱、絕緣、耐壓與耐熱等方面性能優(yōu)越，已成為功率型器件封裝的首選材料，并逐漸得到市場的認(rèn)可。器件封裝的基板材料中最為常見的是氧化鋁基板(Al2O3)，一般為氧化鋁含量96%的氧化鋁基板，氧化鋁基板技術(shù)十分成熟并且價格低廉。

由于氧化鋁陶瓷的熱導(dǎo)率相對較低（20-30W/m·K），與Si、SiC等半導(dǎo)體材料的熱膨脹系數(shù)匹配不好，限制了氧化鋁基板在大功率器件上的應(yīng)用。

④LED用氧化鋁陶瓷基板

大功率LED散熱基板主要以陶瓷基板為主，市場上使用較多的大功率陶瓷基板主要有LTCC(低溫共燒陶瓷)和DPC(直接鍍銅陶瓷)兩種，陶瓷材料有氧化鋁、氮化鋁等。LED用氧化鋁陶瓷基板具有高散熱性及高氣密性的特質(zhì)，可提高LED發(fā)光效率及壽命。而良好的氣密性，使其具有高度的耐候性優(yōu)點(diǎn)，可運(yùn)用于各種不同環(huán)境。

審核編輯：劉清