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电子封装常用陶瓷基板的分类及特点

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。塑料封装材料通常导热系数较低,可靠性较差,不适合高要求场合。金属封装材料导热系数高,但一般热膨胀系数不匹配,价格昂贵。

电子封装陶瓷基板

电子封装常用的是陶瓷基板。陶瓷基板与塑料、金属基板相比,具有以下优点:

1.绝缘性能好,可靠性高;
2.介电系数低,高频性能好;
3.膨胀系数低,热导率高;
4.气密性好,化学性质稳定,对电子系统有较强的保护作用。

 

因此适用于航空、航天等高可靠性、高频、耐高温、气密性好的产品封装。超小型片式电子元器件广泛应用于移动通讯、计算机、家用电器、汽车电子等领域,其载体材料通常采用陶瓷基板封装。

 

目前,电子封装常用的陶瓷基板材料有氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)。

 

各种材料基板的应用领域如下:

1.氧化铝陶瓷基板

Al2O3陶瓷基板虽然产量大,应用范围广,但其热导率比硅单晶高,限制了其在高频、大功率及超大规模集成电路中的应用。

 

2.氮化铝陶瓷基板

AlN陶瓷的核心原料AlN粉末制备工艺复杂,能耗高,周期长,价格昂贵,高成本限制了AlN陶瓷的广泛应用,因此AlN陶瓷基板主要应用于高端行业。

 

3.氮化硅陶瓷基板

Si3N4陶瓷介电性能较差(介电常数为8.3,介电损耗为0.001~0.1),且生产成本较高,限制了其作为电子封装陶瓷基板的应用。

 

4.碳化硅陶瓷基板

SiC介电常数太高,为AlN的4倍,且抗压强度低,只适合于低密度封装,不适用于高密度封装。除用于集成电路元件、阵列元件、激光二极管等外,还用于导电结构元件。

 

6、氮化硼陶瓷基片

BN具有热导率高、热导率几乎不随温度变化、介电常数小、绝缘性能好等优点,广泛应用于雷达窗口、大功率晶体管管基座、管壳、散热片及微波输出窗口等领域。

 

各种材质陶瓷基板性能:

性能 性能 单位 ALN AI2O3 SiC BN Si3N4
含量 % 95 96.0     99.5 / 99-997 /
密度 g/cm3   ≥3.32 3.72 3.90 ≥3.03   1.6-2.0   3.26±0.05
热性能 最高使用温度   800 1700 1750 1300   900-2100   /
导热系数 (W/m·K)20℃   / 24.70 30.00 90-110   35-85   /
(W/m·K)100℃   170 / / / /   /
热膨胀 ×10-6℃(25~400℃)   4.4 / / 4.0 0.7~7.5   3.0-3.2
×10-6℃(25~800℃)   / 8.2 8.2 / /   /
×10-6℃(20~100℃)   / / / / 1.5-2.8   /
电气性能 电阻率(Ω*cm) Ω·cm (25℃) >1014 >1015 >1015 / >1014->1013   >1018
Ω·cm (300℃) / / / /   /   /
介电常数 1MHz(10±0.5)GHz 8.9 8.3 8.7 40   4.0 9.4
介电损耗 (×10-4)(1Hz) 3~10 0.0002 0.0001 /   /   /
耐电压 (kV*mm-1) 15 10 10 0.07 300~400   100
力学性能 硬度(HV) MPa 1000 25 91-93(HRA) /   160-1800
弯曲强度 MPa ≥410    300~350 ≥350 40~80   700-800
弹性模量 GPa 320   370 350 /   320
   毒性 / (W/m·K)20℃

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