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            半導體中的“氮化硅”
            發布日期:2020/7/9 9:55:30 發布者:管理員

            氮化硅陶瓷基板將成為未來市場的趨勢

            半導體正沿著大功率化、高頻化、集成化方向發展。半導體器件在風力發電、太陽能光伏發電、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。今天小編主要從半導體器件用料方面分享一下“氮化硅陶瓷基板將成為未來市場的趨勢”。

            半導體封裝材料是承載電子元件及其相互聯線,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;熱膨脹系數與封裝內其他其他所用材料匹配;良好的高頻特性:即低的介電常數和低的介質損耗;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、化學性質穩定、熱導率高、高頻特性好等優點而受矚目。國內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。

            半導體器件用陶瓷基板基片材料發展現狀

            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具有毒性,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和應用。隨著新材料的發展,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,電性能與溫度的關系不大,機械強度較高,化學穩定性好的優點,目前三氧化二鋁陶瓷基片研究的重點在于優化燒結的方法和燒結助劑的選擇。

            雖然三氧化二鋁基片目前電子行業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).此外熱膨脹系數較高,在反復的溫度循環中容易產生內應力,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展趨勢,其應用只限于低端領域。

            3、氮化鋁陶瓷基板基片材料

            鋁和氮都是四賠位,其晶體的理論密度為3.231g/平方米。這種結構AIN陶瓷材料成為少數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。國內的AIN粉體基板依賴進口,原料的批次穩定性、成本也就成為國內高端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業。此外AIN陶瓷電路板雖然具有優秀的導熱性能和半導體材料相匹配的線膨脹系數,但是其力學性能較差,如果抗彎強度只有300mpa.在復雜的力學環境下,AIN基片容易發生損壞,從而對半導體壽命造成影響,并增加其使用成本。

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