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为何氮化铝基板比其它基板贵,且一片难求?附集成电路封装基板工艺详解

   2022-10-13 滤波器470
导读

随着信息技术革命的到来,集成电路产业飞速发展,电子系统集成度的提高将导致功率密度升高,以及电子元件和系统整体工作产生的热量增加,因此,有效的电子封装必须解决电子系统的散热问题。在此背景下,陶瓷基板具备

 

随着信息技术革命的到来,集成电路产业飞速发展,电子系统集成度的提高将导致功率密度升高,以及电子元件和系统整体工作产生的热量增加,因此,有效的电子封装必须解决电子系统的散热问题。

在此背景下,陶瓷基板具备优良的散热性能使得市场对其需求快速爆发,尤其是氮化铝陶瓷基板产品,尽管价格远高于其它基板,仍是供不应求甚至“一片难求”,这是为什么呢?

(图片来源:中瓷电子)
原因很简单,小编认为有三点:其一,性能好,用起来“香”,物有所值,在某些领域无法替代,一分钱一分货的道理大家都懂。其二,生产过程”历经八十一难”,得之不易,对原材料要求高,制品制备工艺复杂,生产门槛较高。其三,市场发展迅速,产能扩张速度跟不上需求增速,供货周期长,价格自然水涨船高。今天我们就这三点进一步了解氮化铝陶瓷基板。
出色的导热性能
首先,封装基板主要利用材料本身具有的高热导率,将热量从芯片 (热源) 导出,实现与外界环境的热交换。对于功率半导体器件而言,封装基板必须满足以下要求:

(1)热导率高,满足器件散热需求;

(2)耐热性好,满足功率器件高温(大于200°C)应用需求;

(3)热膨胀系数匹配,与芯片材料热膨胀系数匹配,降低封装热应力;

(4)介电常数小,高频特性好,降低器件信号传输时间,提高信号传输速率;

(5)机械强度高,满足器件封装与应用过程中力学性能要求;

(6)耐腐蚀性好,能够耐受强酸、强碱、沸水、有机溶液等侵蚀;

(7)结构致密,满足电子器件气密封装需求。

氮化铝性能如何呢?氮化铝作为陶瓷基板材料其性能如下:

(1)氮化铝的导热率较高,室温时理论导热率最高可达320W/(m·K),是氧化铝陶瓷的8~10倍,实际生产的热导率也可高达200W/(m·K),有利于LED中热量散发,提高LED性能;

(2)氮化铝线膨胀系数较小,理论值为4.6×10-6/K,与LED常用材料Si、GaAs的热膨胀系数相近,变化规律也与Si的热膨胀系数的规律相似。另外,氮化铝与GaN晶格相匹配。热匹配与晶格匹配有利于在大功率LED制备过程中芯片与基板的良好结合,这是高性能大功率LED的保障;

(3)氮化铝陶瓷的能隙宽度为6.2eV,绝缘性好,应用于大功率LED时不需要绝缘处理,简化了工艺;

(4)氮化铝为纤锌矿结构,以很强的共价键结合,所以具有高硬度和高强度,机械性能较好。另外,氮化铝具有较好的化学稳定性和耐高温性能,在空气氛围中温度达1000℃下可以保持稳定性,在真空中温度高达1400℃时稳定性较好,有利于在高温中烧结,且耐腐蚀性能满足后续工艺要求。

由以上看来,氮化铝陶瓷具有高热导率、高强度、高电阻率、密度小、低介电常数、无毒、以及与Si 相匹配的热膨胀系数等优异性能,是最具发展前途的一种陶瓷基板材料。

    


 
(文/小编)
 
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