近年来,电动汽车、电力机车以及半导体照明、航空航天、卫星通信等进入高速发展阶段,其电子器件工作电流大、温度高、频率高,为满足器件及电路工作的稳定性,对芯片载体提出了更高的要求,陶瓷基板具有优异的热性能、微波性能、力学性能以及可靠性高等优点,可广泛应用于这些领域。
目前应用于陶瓷基板的陶瓷材料主要有:氧化铍(BeO)、氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)和碳化硅(SiC)等。
一、氧化铍(BeO)-晶体
BeO为纤锌矿型结构,单胞为立方晶系,具有很强的共价键。室温下BeO以 α-BeO相存在,是碱土金属氧化物中唯一的六方纤锌矿结构,其它碱土金属氧化物(MgO,CaO,SrO,BaO等)则为NaCl型结构。BeO晶体结构中每个Be原子与4个O原子形成四面体,或者每个O原子与4个Be原子形成四面体。
二、氧化铍(BeO)-陶瓷性能
氧化铍陶瓷具有高的低温导热率和低的介电常数低的介质损耗角,是现代电子工业发展最重要的原材料之一。
三、氧化铍(BeO)-材料优势
BeO热传导能力极高,BeO质量分数为99%的BeO陶瓷室温下其热导率可达310W/(m·K),为同等纯度Al2O3陶瓷热导率的10倍左右。
BeO在室温附近有较高的热导率,但随着温度的升高其热导率大幅下降。
氧化铍陶瓷的高温电绝缘性良好,介电常数随温度升高略有增加。
氧化铍陶瓷的介电损耗很低,但其介电损耗随温度升高而增大。
氧化铍陶瓷的耐湿润性和耐腐蚀性优异,氧化铍陶瓷的机械强度适中,高温耐压强度比其他氧化物陶瓷高,但高温蠕变较大。
四、氧化铍(BeO)-材料缺点
BeO有非常明显的缺点,其粉末有剧毒,吸入可造成肺功能损伤甚至中毒而危及生命,而且一些国家和组织对BeO材料的使用也提出了限制。为保护工人的身体健康,一方面在BeO陶瓷加工中必须做好自身防护,以及必须加装能够处理有毒物质的装备以免污染环境;另一方面也迫切需要寻求或开发新的无毒陶瓷材料来替代BeO。
五、氧化铍(BeO)-应用
目前,美国是全球主要的Be0陶瓷基板生产和消费国,其BeO陶瓷基片产量及金属化技术均处于世界前列。其次是日本,其产品性能优越,处于国际领先水平。
六、小结
陶瓷基板技术虽然发展较早,但其仍在不断探索新的陶瓷材料、工艺和应用领域。
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