表 陶瓷基板的性質

 

對於需求最為廣泛的片式薄膜與(yu)厚(hou)膜(mo)電(dian)阻(zu)器(qi)來(lai)說(shuo)
，陶(tao)瓷(ci)基(ji)板(ban)材(cai)料(liao)的(de)機(ji)械(xie)性(xing)能(neng)和(he)電(dian)氣(qi)性(xing)能(neng)對(dui)電(dian)阻(zu)膜(mo)層(ceng)有(you)非(fei)常(chang)大(da)的(de)影(ying)響(xiang)
，我(wo)們(men)將(jiang)從(cong)幾(ji)個(ge)角(jiao)度(du)來(lai)介(jie)紹(shao)基(ji)板(ban)性(xing)能(neng)對(dui)電(dian)阻(zu)膜(mo)層(ceng)的(de)影(ying)響(xiang)。

 

表麵粗糙度

 

表麵粗糙度，是指連續表麵上峰點
、穀點與中心線的平均偏差，用Ra表示
，單位為um。表麵粗糙度越小
，則表麵越光滑。而基片表麵粗糙度參數，對電阻膜層連續性有重要影響。舉一個極端例子：對於薄膜電阻器

，若薄膜膜層厚度僅為200Å~400Å（0.02um~0.04um）
，此厚度的膜層覆蓋在1um（10000Å）的粗糙表麵上，這種膜沿高山和深穀蔓延，結果是電阻器的阻值變化很大。有較大可能形成不完全的

、斷裂的、有裂紋的不連續膜。

 

介電損耗

 

對於基板材料來說

，其相關特性還有介電損耗。其由介電材料中極化電流滯後電壓相位角的正切來表征，它與信號頻率和電路分布參數C、R的關係是：

 

 

δ稱為損耗角。δ值大
，信號會以發熱的形式發送損耗，甚至消失，對於高頻應用來說

，介電損耗極為重要。

 

介電常數

 

 

信號傳輸速度v與基板介電常數的平方根成反比。因此
，對於高速回路，要求基板有更低的介電常數。

 

熱導率

 

一些大功率應用

，對基板提出了高散熱的要求，需要采用高熱導率基板
，如AlN基板和BeO基板等。對於電阻而言，采用高熱導率基板可以實現相同尺寸下更大的額定功率。

 

熱膨脹係數

 

對於不同元件，對熱膨脹係數要求不同。對於半導體芯片
，要求基板的熱膨脹係數與Si越接近越好，因此可以大大降低大規模集成電路運行-停止溫度循環中產生的應力，此應用一般采用SiC基板。對於金屬箔電阻而言
，考慮到箔片熱膨脹與陶瓷基板相匹配實現低溫漂因素，基板的熱膨脹係數需要重點考量。

 

陶瓷製造工藝

 

陶瓷燒成前典型的成形方法為流延成型，容易實現多層化且生產效率較高。

 

 

電阻常用陶瓷基板

 

氧化鋁陶瓷基板：

 

從現實情況來看，廣泛使用的還是Al2O3基板，同時其加工技術與其他材料相比也是最先進的。按含氧化鋁(Al2O3)的百分數不同可分為：75瓷
、96瓷、99.5瓷(ci)。氧(yang)化(hua)鋁(lv)含(han)有(you)量(liang)不(bu)同(tong)
，其(qi)電(dian)學(xue)性(xing)質(zhi)幾(ji)乎(hu)不(bu)受(shou)影(ying)響(xiang)，但(dan)是(shi)其(qi)機(ji)械(xie)性(xing)能(neng)及(ji)熱(re)導(dao)率(lv)變(bian)化(hua)很(hen)大(da)。純(chun)度(du)低(di)的(de)基(ji)板(ban)中(zhong)玻(bo)璃(li)相(xiang)較(jiao)多(duo)，表(biao)麵(mian)粗(cu)糙(cao)度(du)大(da)。純(chun)度(du)越(yue)高(gao)的(de)基(ji)板(ban)，越(yue)光(guang)潔(jie)
、致密、介質損耗越低
，但是價格也越高。

所以薄膜電阻和厚膜電阻，他們所采用的氧化鋁基板也不完全相同。

 

 

不同氧化鋁含量的基板對比

 

氮化鋁陶瓷基板：

 

氮化鋁陶瓷是以氮化鋁粉體為主晶相的陶瓷。相比於氧化鋁陶瓷基板，絕緣電阻
、絕緣耐壓更高，介電常數更低。其熱導率是Al2O3的7~10倍，熱膨脹係數（CTE）與矽片近似匹配
，這對於大功率半導體芯片至關重要。在生產工藝上，AlN熱導率受到殘留氧雜質含量的影響很大，降低含氧量，可明顯提高熱導率。目前工藝生產水平的熱導率達到170W/(m·K)以上已不成問題。

 

圖 氧化鋁基板與氮化鋁基板特性對比

 

圖 氧化鋁基板與氮化鋁基板特性對比

 

氮化鋁陶瓷基板：

 

氧化鈹基板的熱導率是Al2O3基板的十幾倍，適用於大功率電路，而且介電常數又低，可用於高頻電路。BeO基板用於一般用作大功率微波散熱基板。缺點是BeO粉塵與蒸汽的毒性對人體傷害很大，存在環境問題。

 

圖 基板的熱導率與溫度的關係

 

我們對比了市麵上相同尺寸（100mm×100mm×1mm）

、不同材料的陶瓷基板價格：

 

96%氧化鋁9.5元，99%氧化鋁18元，氮化鋁150元

，氧化鈹650元，可以看出來不同的基板價格差距也比較大。

 

 

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