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電子封裝陶瓷基板-之陶瓷基片材料乐虎国际娱乐网|乐虎国际娱乐真假|官網

發表時間: 13418561539 14:26:10

作者: 乐虎国际娱乐网

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隨著功率器件特別是第三代半導體的崛起與應用,半導體⌘器件逐漸向大功率、小型化、集成化、多功能等方向發展,對封裝⌘基板性能也提出了更高要求。陶瓷基板 (又稱陶瓷電路板) 具有熱導率高、耐熱性好、熱膨脹係數低、機械強度高、絕緣性好、耐腐蝕、抗輻射等特點,在電子⌘器件封裝中得到廣泛應用。

隨著功率器件特別是第三代半導體的崛起與應用,半導體⌘器件逐漸向大功率、小型化、集成化、多功能等方向發展,對封裝⌘基板性能也提出了更高要求。陶瓷基板 (又稱陶瓷電路板) 具有熱導率高、耐熱性好、熱膨脹係數低、機械強度高、絕緣性好、耐腐蝕、抗輻射等特點,在電子⌘器件封裝中得到廣泛應用。

半導體以矽 (Si)、鍺 (Ge) 材料為代表,主要應用在數據運算領域,奠定了微電子產業基礎。第二代半導體以砷化鎵 (GaAs)、磷化銦 (InP) 為代表,主要應用於通信領域,用於製作高性能微波、毫米波及發光器件,奠定了信息產業基礎。隨著技術發展和應用需要的不斷延伸,二者的⌘局限性逐漸體現出來,難以滿足高頻、高溫、高功率、高能效、耐惡劣⌘環境以及輕便小型化等使用需求。

以碳化矽 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 為代表的第三代半導體材料具有禁帶寬度大、臨界擊⌘穿電壓高、熱導率高、載流子飽和漂移速度大等特點,其製作的電子器件可在 300°C 甚至更高溫度下穩定工作 (又稱為功率半導體或高溫半導體),是固態光源 (如 LED)、雷射器 (LD)、電力電子 (如IGBT)、聚焦光伏 (CPV)、微波射頻 (RF) 等器件的「核芯」,在半導體照明、汽車電子、新一代移動通信 (5G)、新能源⌘與新能源汽車、高速軌道交通、消費類電子等領域具有廣闊的應用前景,有望突破傳統半導體技術瓶頸,與一代、二代半⌘導體技術互補,在光電器件、電力電子、汽車電子、航空航天、深井鑽探等領域具有重要應用價值,對節能減排、產業轉型升級、催生新經濟增長點將發揮重要作用。

伴隨著功率器件 (包括 LED、LD、IGBT、CPV 等) 不斷發展,散熱成為影響器件性能與可靠性的關鍵技術。對於電子器件而言,通常溫度每升高 10°C,器件有效壽命就降低 30% ~ 50%。因此,選用合適的封裝材料與工藝、提高器件散熱能力就成為發展功率器件的技術瓶頸。以大功率 LED 封裝為例,由於輸入功率的 70% ~ 80% 轉變成為熱量 (只有約 20% ~ 30% 轉化為光能),且 LED 晶片面積小,器件功率密度很大 (大於 100 W/cm2),因此散熱成為大功率 LED 封裝必須解決的關鍵問題。如果不能及時將晶片發熱導出並消散,大量熱⌘量將聚集在 LED 內部,晶片結溫將逐步升高,一方面使 LED 性能降低 (如發光⌘效率降低、波長紅移等),另一方面將在 LED 器件內⌘部產生熱應力,引發一⌘系列可靠性問題 (如使用壽命、色溫變化等)。

封裝基板主要利用材料本身具有的高熱導率,將熱量從晶片 (熱源) 導出,實現與外界環境的熱交換。對於功率半導體器件而言,封裝基板必須滿足以下要求:

(1) 高熱導率。目前功率半導體器件均採用熱電分離封裝方式,器件產⌘生的熱量大部分經由封裝基板傳播出去,導熱良⌘好的基板可使晶片免受熱破壞。

(2) 與晶片材料熱膨脹係數匹配。功率器件晶片本身可承受較高溫度,且電流、環境及工況的改變均會使其溫度發生改變。由於晶片直接貼裝於封裝基板上,兩者熱膨脹係數匹配會降低晶片熱應力,提高器件可靠性。

(3) 耐熱性好,滿足功率器件高溫使用需求,具有良好的熱穩定性。

(4) 絕緣性好,滿足器件電互連與絕緣需求。

(5) 機械強度高,滿足器件加工、封裝與應用過程的強度要求。

(6) 價格適宜,適合大⌘規模生產及應用。

目前常用電子封裝基板主要可分為高分子基板、金屬基板 (金屬核線路板,MCPCB) 和陶瓷基板幾類。對於功率器件封裝而言,封裝基板除具備基本的布線 (電互連) 功能外,還要求具有較高的導熱、耐熱、絕緣、強度與熱匹配性能。因此,高分子基板 (如 PCB) 和金屬基板 (如 MCPCB) 使用受到很大限制;而陶瓷材料本身具有熱導率高、耐熱性好、高絕緣、高強度、與晶片材料熱匹配等性能,非常適合作為功率器件封裝基板,目前已在半導體照明、雷射與光通信、航空航天、汽車電子、深海鑽⌘探等領域得到廣泛應用。



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