中國(guó)粉體網(wǎng)訊  進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),，隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,，電子元器件的集成程度與組裝密度不斷提高，散熱成為影響器件性能與可靠性的關(guān)鍵,。以大功率LED封裝為例,，輸入功率只有約20%~30%轉(zhuǎn)化為光能，而剩下的70%~80%則轉(zhuǎn)變成為熱量,，大量的熱量聚集,，后果很嚴(yán)重。

采用封裝基板將熱量從芯片（熱源）導(dǎo)出,，實(shí)現(xiàn)與外界環(huán)境的熱交換以達(dá)到散熱的目的,。其中陶瓷材料憑借熱導(dǎo)率高、耐熱性好,、高絕緣,、高強(qiáng)度、與芯片材料熱匹配等性能,，成為了功率器件封裝基板的常用材料,。

圖片來(lái)源：中瓷電子

01.氮化鋁，高導(dǎo)熱及綜合性能令人著迷

長(zhǎng)期以來(lái),，常用的陶瓷基板包含Al2O3,、SiC和BeO等,。Al2O3陶瓷開發(fā)最早，制備技術(shù)最為成熟,，成本最低,，應(yīng)用最廣泛，但Al2O3陶瓷的熱導(dǎo)率僅為17-25W/(m·K),，且Al2O3陶瓷與Si及GaAs等半導(dǎo)體材料的熱膨脹系數(shù)匹配性較差,，限制了其在高頻、大功率,、高集成電路中的使用,。雖然SiC陶瓷基板的熱導(dǎo)率高，熱膨脹系數(shù)與Si最為相近,，但其介電性能較差,，燒結(jié)損耗大、成本高,，且難以制得致密的產(chǎn)品,，限制了其大批量應(yīng)用。BeO的熱導(dǎo)率雖與AlN相當(dāng),，但熱膨脹系數(shù)過(guò)高,，且BeO粉體有毒性，吸入人體后會(huì)導(dǎo)致慢性鈹肺病,，世界上大多數(shù)國(guó)家早已停止使用BeO,。

常見(jiàn)陶瓷材料的介電性能和導(dǎo)熱系數(shù)表

氮化鋁性能如何呢？我們來(lái)看一下：

（1）氮化鋁的導(dǎo)熱率較高,，室溫時(shí)理論導(dǎo)熱率最高可達(dá)320W/(m·K),，是氧化鋁陶瓷的8～10倍，實(shí)際生產(chǎn)的熱導(dǎo)率也可高達(dá)200W/(m·K),；

（2）氮化鋁線膨脹系數(shù)較小,，理論值為4.6×10-6/K，與Si,、GaAs的熱膨脹系數(shù)相近,，變化規(guī)律也與Si的熱膨脹系數(shù)的規(guī)律相似。另外,，氮化鋁與GaN晶格相匹配,。熱匹配與晶格匹配有利于在大功率器件制備過(guò)程中芯片與基板的良好結(jié)合，這是高性能大功率器件的保障,；

AlN陶瓷粉末和AlN陶瓷基片

（3）氮化鋁陶瓷的能隙寬度為6.2eV,，絕緣性好，應(yīng)用于大功率LED時(shí)不需要絕緣處理,，簡(jiǎn)化了工藝,；

（4）氮化鋁為纖鋅礦結(jié)構(gòu),，以很強(qiáng)的共價(jià)鍵結(jié)合，所以具有高硬度和高強(qiáng)度,，機(jī)械性能較好,。另外，氮化鋁具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐高溫性能,，在空氣氛圍中溫度達(dá)1000℃下可以保持穩(wěn)定性,，在真空中溫度高達(dá)1400℃時(shí)穩(wěn)定性較好，有利于在高溫中燒結(jié),，且耐腐蝕性能滿足后續(xù)工藝要求,。

你說(shuō)，氮化鋁用作基板材料哇塞不哇塞�,。,。�

02.眾多領(lǐng)域的關(guān)鍵角色

目前氮化鋁基板在功率半導(dǎo)體器件,、混合集成功率電路,、通信行業(yè)中的天線、固體繼電器,、功率LED,、多芯片封裝（MCM）等領(lǐng)域中的應(yīng)用需求量日趨增長(zhǎng)。其終端市場(chǎng)則面向汽車電子,、LED、軌道交通,、通訊基站,、航空航天和軍事國(guó)防等。

1,、天線

天線能把在傳輸線上傳播的導(dǎo)行波轉(zhuǎn)變?yōu)樵谧杂煽臻g中傳播的電磁波,，或?qū)㈦姶挪ㄞD(zhuǎn)換成導(dǎo)行波，其本質(zhì)是一種變換器,。天線有著較為廣泛的用途,，需要在任何環(huán)境中都能正常工作，因此其元器件都需要較高的極其可靠的質(zhì)量,。普通電路板是無(wú)法滿足天線的這一基本要求的,，現(xiàn)階段與天線各方面要求最為接近的就是陶瓷基電路板，其中以AlN陶瓷基電路板性能最優(yōu),，其主要體現(xiàn)在：（1）較小的介電常數(shù),、使得高頻損耗得到降低、信號(hào)能夠得到完整的傳輸,。（2）低電阻和附著力好的金屬膜層,。金屬層導(dǎo)電性好,，電流通過(guò)時(shí)發(fā)熱量少。（3）陶瓷基絕緣性好,。天線在使用中會(huì)產(chǎn)生高壓電,，陶瓷基板的耐擊穿電壓較高。（4）可進(jìn)行高密度封裝,。

氮化鋁陶瓷基板,，來(lái)源：艾森達(dá)

2、多芯片模塊（MCM）

多芯片模塊是一種高性能,、高可靠和小型化的能夠滿足航空航天,，軍事電子設(shè)備等嚴(yán)格要求的先進(jìn)微電子元器件。隨著元器件功率的增大,，封裝密度的提高,，良好的散熱是首要考慮的關(guān)鍵技術(shù)。MCM-C型的封裝基板材料通常采用多層陶瓷結(jié)構(gòu),，將AlN陶瓷以其高的熱導(dǎo)率應(yīng)用于MCM技術(shù)中,，能夠大大減少微電子元器件內(nèi)部的熱量，提高工作的穩(wěn)定性,。

MCM用AlN陶瓷基板

3,、高溫半導(dǎo)體封裝

SiC、GaN及金剛石基寬禁帶半導(dǎo)體材料器件可以在高溫下工作,，尤其是SiC的應(yīng)用技術(shù)最為成熟,；SiC以其優(yōu)異的理化特性可以使其在600℃的高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作，在航空航天領(lǐng)域高溫電子系統(tǒng)有著極其重要的地位�,，F(xiàn)階段的高溫電子封裝基板主要用Al2O3和AlN陶瓷封裝基板,，其中AlN陶瓷比Al2O3陶瓷高幾倍的熱導(dǎo)率和與SiC相匹配的熱膨脹系數(shù)，使其成為高溫電子封裝的優(yōu)選材料,。

4,、功率半導(dǎo)體模塊

功率半導(dǎo)體模塊是功率電子元器件按照一定模式、功能組合再封裝成一體的組合體,。功率半導(dǎo)體模塊可依據(jù)所需功能來(lái)選擇合適的元器件進(jìn)行封裝,，常見(jiàn)的主要有絕緣柵雙極型晶體管、功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管及功率集成電路等,。功率半導(dǎo)體模塊都有著非常高的散熱需求,，陶瓷電路板作為其主要的核心組件之一同時(shí)又是熱量的第一接觸點(diǎn)，因此高熱導(dǎo)率的AlN陶瓷基板無(wú)疑是較為理想的選擇,，如用于汽車電子IGBT模塊,。

5、功率LED封裝

LED是一種將電轉(zhuǎn)化成光的半導(dǎo)體芯片,，科學(xué)研究表明只有20%-30%的電能有效的轉(zhuǎn)化為光能,，其余全部以熱量的方式散失,，假如沒(méi)有合適的方式使熱量迅速散失，將會(huì)導(dǎo)致燈具的工作溫度急劇升高,，從而造成LED的壽命顯著縮短,。陶瓷電路板的應(yīng)運(yùn)而生，使得LED燈這一散熱問(wèn)題得到了有效的解決,，尤其是AlN陶瓷基板的應(yīng)用,。在LED的封裝中，其生成的熱量迅速傳遞到高熱導(dǎo)率的AlN陶瓷基板,，達(dá)到快速散熱的目的,，能有效減少器件損壞，更好的維持壽命,。

小結(jié)

相較于氧化鋁陶瓷基板,，受制于生產(chǎn)工藝要求高、價(jià)格偏高等因素的影響,，現(xiàn)階段我國(guó)氮化鋁陶瓷基板應(yīng)用范圍相對(duì)較窄,，主要應(yīng)用于高端電子領(lǐng)域。但隨著電子信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)不斷升級(jí),，PCB基板小型化,、功能集成化成為趨勢(shì)，市場(chǎng)對(duì)散熱基板與封裝材料的散熱性與耐高溫性要求不斷提升,，性能相對(duì)普通的基板材料難以滿足市場(chǎng)需求,，氮化鋁陶瓷基板行業(yè)發(fā)展迎來(lái)機(jī)遇。因此,，氮化鋁成為了當(dāng)下最受關(guān)注的封裝基板材料,。

參考來(lái)源：

[1]程浩等.電子封裝陶瓷基板

[2]陳科成.功率電子器件封裝用氮化鋁陶瓷基板覆銅的研究

[3]粉體網(wǎng)

[4]粉體大數(shù)據(jù)研究

（中國(guó)粉體網(wǎng)/山川）

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