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

一，   半導體器件用陶瓷基板材料的性能要求

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

體，基片材料應具有以下性能： 良好的絕緣性和抗電擊穿能力；高的導熱率：導熱性直接影響半導體期間的運行狀況和使用壽命，散熱性差導致的溫度場分布不均勻也會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、樹脂基片、硅基片以及金屬或金屬復合材料等。其中陶瓷由于具有絕緣性好、化學性質(zhì)穩(wěn)定、熱導率高、高頻特性好等優(yōu)點而受矚目。國內(nèi)對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，目前我國的需求量每年擦超過100萬平米，而其中90%依賴進口。

        二，  半導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，

符合高熱導率陶瓷的條件，是氧化物中難得的具有高電阻、高熱導率的陶瓷材料，其室溫熱導率可達250W/(m.k),與金屬的熱導率相當。 但是其致命的缺點是據(jù)有毒性，長期吸入氧化鈹粉塵會引起中毒甚至危及生命，并會對環(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)和應用。隨著新材料的發(fā)展，未來將被替代。

      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。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，機械強度較高，化學穩(wěn)定性好的優(yōu)點，目前三氧化二鋁陶瓷基片研究的重點在于優(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

熱率較低，99瓷僅位29W/(m.k).此外熱膨脹系數(shù)較高，在反復的溫度循環(huán)中容易產(chǎn)生內(nèi)應力，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半導體大功率的發(fā)展趨勢，其應用只限于低端領域。

       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倍以上的熱導率，可達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粉體工藝復雜、能耗高、周期長、價格昂貴。國內(nèi)的AIN粉體基板依賴進口，原料的批次穩(wěn)定性、成本也就成為國內(nèi)高端AIN陶瓷基片材料制造的瓶頸。高成本限制了AIN陶瓷的廣泛應用，因此目前AIN陶瓷電路板基片主要應用于高端產(chǎn)業(yè)。此外AIN陶瓷電路板雖然具有優(yōu)秀的導熱性能和半導體材料相匹配的線膨脹系數(shù)，但是其力學性能較差，如果抗彎強度只有300mpa.在復雜的力學環(huán)境下，AIN基片容易發(fā)生損壞，從而對半導體壽命造成影響，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、強度高、熱膨脹系數(shù)小、高溫蠕動小、抗氧化性能

好、熱腐蝕性能好、摩擦系數(shù)小、與用油潤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率可達400W/(m.k),具有成為高熱導基片的潛力。 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度導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，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、對金屬的化學惰性、超高的硬度和斷裂韌性等力學性能。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度、斷裂熱性都可以達到AIN的2倍以上。氮化硅陶瓷電路板基片在未來的廣闊市場前景，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金瑞欣特種電路，金瑞欣是專業(yè)的陶瓷基板生產(chǎn)廠家，十多年電路板制作經(jīng)驗，值得信賴。