陶瓷基板在微电子领域具有重大意义。首先,微电子领域所用陶瓷的机械性能使其适合作为元件的载体。其次,高介电常数和低电导率的电气特性在当今的电子产品中非常有用。
在电子封装过程中,基板主要起机械支撑保护和电气互连(绝缘)作用。随着电子封装技术向小型化、高密度、多功能、高可靠性方向发展,电子系统的功率密度不断增大,散热问题也愈加严重。影响器件散热的因素很多,其中基板材料的选择也是关键环节。
目前,电子封装中常用的基板材料主要有四类:聚合物基板;金属基板;复合基板;陶瓷基板。陶瓷基板材料以其强度高、绝缘性好、导热耐热性好、热膨胀系数小、化学稳定性好等优点,被广泛应用于电子封装基板中。
首先让我们看看当今电子产品中使用的陶瓷的机械性能:氧化铝 (Al2O3)、氮化铝 (AlN) 和氧化铍 (BeO)。由于它们适用于微电子,很多电路板工艺中会使用它们。它们具有良好的导热性,有利于散热、抗变形和防潮。FR-4 有一个称为 Tg(玻璃化转变温度)的参数,即刚性形式转变为可变形形式的温度。陶瓷不会因温度而变形。陶瓷还具有较低的热膨胀性,这使其成为微电子和微波载体的理想选择。注意:虽然 BeO 是陶瓷中导热性最高的,但它的粉尘形式也具有剧毒。
微电子陶瓷的其他机械性能包括高断裂韧性和耐化学性。
其次,陶瓷的电气特性对微电子设计师很有吸引力。体积电阻率约为 1011,而 FR-4 为 106 至 10 10,并且会随湿度而变化。陶瓷的高介电常数使电路更小,并且与 FR-4 相比非常稳定。氧化铝的耗散或损耗因子低于 FR-4,这意味着电介质吸收的功率更少。损耗因子与高频材料相当,但高频塑料材料易受潮,因此在湿度范围内损耗更大。陶瓷不吸收水分,因此性能更稳定。
结论
陶瓷基板其高热稳定性,这使得它们非常适合高温应用,在极端温度下也能保持其机械和电气性能。这一特性对于微电子应用尤为重要,因为陶瓷在微电子应用中被用作高效的电绝缘体。随着电子设备尺寸不断缩小,对高效冷却解决方案的需求变得越来越重要。陶瓷基板具有高导热性,为这些微型设备散热提供了理想的解决方案。
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