為何氮化鋁基板比其它基板貴,且一片難求?
隨著信息技術革命的到來,集成電路產業飛速發展,電子系統集成度的提高將導致功率密度升高,以及電子元件和系統整體工作產生的熱量增加,因此,有效的電子封裝必須解決電子系統的散熱問題。
在此背景下,陶瓷基板具備優良的散熱性能使得市場對其需求快速爆發,尤其是氮化鋁陶瓷基板產品,盡管價格遠高于其它基板,仍是供不應求甚至“一片難求”,這是為什么呢?
(圖片(pian)來(lai)源:中(zhong)瓷電子)
(1)熱導率高,滿足器件散熱需求(qiu);
(2)耐(nai)熱性好,滿(man)足功率器件(jian)高溫(大(da)于200°C)應用需求;
(3)熱膨(peng)脹(zhang)系數(shu)匹配,與芯片材(cai)料(liao)熱膨(peng)脹(zhang)系數(shu)匹配,降低封裝熱應力;
(4)介(jie)電常(chang)數小,高頻特性好,降低器件信(xin)號傳輸時間,提高信(xin)號傳輸速率;
(5)機械強度(du)高(gao),滿足器(qi)件封裝與應(ying)用過(guo)程(cheng)中力學(xue)性能要(yao)求;
(6)耐腐蝕(shi)(shi)性好,能夠耐受強(qiang)(qiang)酸、強(qiang)(qiang)堿、沸水(shui)、有(you)機溶液等侵蝕(shi)(shi);
(7)結構致密(mi),滿足電子器(qi)件氣密(mi)封裝(zhuang)需求(qiu)。
氮化鋁性能如何呢?氮化鋁作為陶瓷基板材料其性能如下:
(1)氮化鋁的導熱率較高,室(shi)溫時理論(lun)導(dao)熱(re)率最高可達320W/(m·K),是氧化鋁(lv)陶瓷(ci)的8~10倍(bei),實際生產的熱(re)導(dao)率也可高達200W/(m·K),有利于LED中熱(re)量散發(fa),提高LED性能;
(2)氮化鋁線膨脹系數較小,理論值為4.6×10-6/K,與LED常用材料Si、GaAs的熱膨脹系數相近,變化規律也與Si的熱膨脹系數的規律相似。另外,氮化鋁與GaN晶(jing)格相匹(pi)配。熱匹(pi)配與晶(jing)格匹(pi)配有利于(yu)在大功(gong)率(lv)LED制備過(guo)程(cheng)中芯片與基板的(de)良好結合(he),這是高性能大功(gong)率(lv)LED的(de)保障;
(3)氮化鋁陶瓷的能隙寬度為6.2eV,絕緣性好,應用于大功率LED時不需要絕緣處理,簡化了工藝;
(4)氮化鋁為纖鋅礦結構,以很強的共價鍵結合,所以具有高硬度和高強度,機械性能較好。另外,氮化鋁具有(you)較好(hao)的化學(xue)穩定(ding)性和耐(nai)高溫(wen)性能,在空氣(qi)氛圍中溫(wen)度達1000℃下可以保持(chi)穩定(ding)性,在真空中溫(wen)度高達1400℃時穩定(ding)性較好(hao),有(you)利(li)于在高溫(wen)中燒結(jie),且耐(nai)腐蝕(shi)性能滿足(zu)后續工藝要(yao)求。
由以上看來,氮化鋁陶瓷具有高熱導率、高強度、高電阻率、密度小、低介電常數、無毒、以及與Si 相匹配的熱膨脹系數等優異性(xing)能,是(shi)最具發展前(qian)途的一種(zhong)陶瓷基(ji)板(ban)材料。
(圖片來源:中電(dian)科43所)
目前制備氮化鋁粉體的方法主要有Al2O3粉碳熱還原法、Al粉直接氮化法、自蔓延高溫合成法、化學氣相沉積法、等離子體法等。AlN粉(fen)體作(zuo)為一種性(xing)能(neng)優異的(de)(de)粉(fen)體原料(liao),國內(nei)外研究者(zhe)通過(guo)不(bu)斷的(de)(de)科技(ji)創新(xin)來解(jie)決現(xian)有(you)工(gong)(gong)藝存在的(de)(de)技(ji)術(shu)問題,同時也在不(bu)斷探(tan)索新(xin)的(de)(de)、更高(gao)效(xiao)的(de)(de)制備(bei)技(ji)術(shu)。目前最主(zhu)要的(de)(de)工(gong)(gong)藝仍(reng)是碳熱還(huan)原法和直接氮(dan)化(hua)法,這(zhe)兩種工(gong)(gong)藝具有(you)技(ji)術(shu)成熟、設(she)備(bei)簡(jian)單(dan)、得到(dao)(dao)產品質量(liang)好(hao)等特點,已在工(gong)(gong)業(ye)中得到(dao)(dao)大規(gui)模應用。
(來源:蔣周青等(deng).氮化鋁粉體制備技(ji)術的研究進展)
(2)影響粉體性能因素較多
相(xiang)比氮化(hua)(hua)鋁(lv)的其它(ta)優(you)異性能(neng),氮化(hua)(hua)鋁(lv)粉體有個大(da)(da)問題就是(shi)容易(yi)水(shui)解。它(ta)在潮濕的環境極易(yi)與(yu)(yu)水(shui)中羥基(ji)形(xing)成(cheng)氫(qing)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鋁(lv),在AlN粉體表(biao)(biao)面形(xing)成(cheng)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鋁(lv)層,氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鋁(lv)晶格溶入大(da)(da)量的氧(yang)(yang)(yang),降低其熱導率,而且(qie)也改(gai)變其物(wu)化(hua)(hua)性能(neng),給(gei)AlN粉體的應用(yong)帶來困難。目(mu)前的應對(dui)方(fang)法(fa)是(shi),借(jie)助化(hua)(hua)學鍵或物(wu)理(li)(li)吸附作用(yong)在AlN顆(ke)粒表(biao)(biao)面涂覆(fu)一種物(wu)質,使之與(yu)(yu)水(shui)隔(ge)離,從(cong)而避免其水(shui)解反應的發生。抑(yi)制水(shui)解處理(li)(li)的方(fang)法(fa)主要(yao)有:表(biao)(biao)面化(hua)(hua)學改(gai)性和(he)表(biao)(biao)面物(wu)理(li)(li)包覆(fu)。
(來源:潮州三環)
2、基板制備
(圖片(pian)來源:正天(tian)新材)
目前我國在加力追趕階段,國內已有福建華清電子材料科技有限公司、中電科四十三所、三環集團、河北中瓷、合肥圣達電子、浙江正天新材料、深圳市佳日豐泰電子、寧夏艾森達、寧夏時星、福建臻璟、江蘇富樂德、南京中江等多個企業實現了氮化鋁陶瓷基板的國產化,隨著中國下游電子產業的不斷發展,未來氮化鋁基板的市場需求也會隨之增長;此外,隨著我國氮化鋁基板生產技術的不斷提升,氮化鋁基板產品也將不斷升級,將會進一步推動其應用領域的拓展,需求規模也會得到擴張。整體來看,未來中國氮化鋁基板行業發展前景十分廣闊。
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