陶瓷基板在LED电子领域应用现状与发展简要分析

【高工LED专稿】 前文摘要：陶瓷基板材料以其优良的导热性和气密性，广泛应用于功率电子、电子封装、混合微电子与多芯片模块等领域。本文简要介绍了目前陶瓷基板的现状与以后的发展。

1 塑料和陶瓷材料的比较

塑料尤其是环氧树脂由於比较好的经济性，至目前为止依然占据整个电子市场的统治地位，但是许多特殊领域比如高温、线膨胀系数不匹配、气密性、稳定性、机械性能等方面显然不适合，即使在环氧树脂中添加大量的有机溴化物也无济于事。
相对于塑料材料，陶瓷材料也在电子工业扮演者重要的角色，其电阻高，高频特性突出，且具有热导率高、化学稳定性佳、热稳定性和熔点高等優點。在电子线路的设计和制造非常需要这些的性能，因此陶瓷被广泛用于不同厚膜、薄膜和电路的基板材料，还可以用作绝缘体，在热性能要求苛刻的电路中做导热通路以及用来制造各种电子元件。

2 各种陶瓷材料的比较
2.1  Al2O3
到目前为止，氧化铝基板是电子工业中最常用的基板材料，因为在机械、热、电性能上相對於大多数其他氧化物陶瓷，強度及化學穩定性高，且原料来源丰富，适用于各种各样的技术制造以及不同的形状。
2.2  BeO
具有比金属铝还高的热导率，应用于需要高热导的场合，但温度超过300℃后迅速降低，
最重要的是由于其毒性限制了自身的发展。
2.3  AlN
AlN有两个非常重要的性能值得注意：一个是高的热导率，一个是与Si相匹配的膨胀系数。缺點是即使在表面有非常薄的氧化层也会对热导率产生影响，只有对材料和工艺进行严格控制才能制造出一致性较好的AlN基板。目前大规模的AlN生产技术国内还是不成熟，相对于Al2O3，AlN价格相对偏高许多，这个也是制约其发展的瓶颈。
综合以上原因，可以知道，氧化铝陶瓷由于比较优越的综合性能，在目前微电子、功率电子、混合微电子、功率模块等领域还是处于主导地位而被大量运用。

3 陶瓷基板的制造
制造高純度的陶瓷基板是很困难的，大部分陶瓷熔点和硬度都很高，这一点限制了陶瓷机械加工的可能性，因此陶瓷基板中常常掺杂熔点较低的玻璃用于助熔或者粘接，使最终产品易于机械加工。Al2O3、BeO、AlN基板制备过程很相似，将基体材料研磨成粉直径在几微米左右，与不同的玻璃助熔剂和粘接剂(包括粉体的MgO、CaO)混合，此外还向混合物中加入一些有机粘接剂和不同的增塑剂再球磨防止团聚使成分均匀，成型生瓷片，最后高温烧结。目前陶瓷成型主要有如下几种方法：
●辊轴轧制   将浆料喷涂到一个平坦的表面，部分干燥以形成黏度像油灰状的薄片，再将薄片送入一对大的平行辊轴中轧碾得到厚度均匀的生瓷片。
●流延   浆料通过锋利的刀刃涂覆在一个移动的带上形成薄片。与其他工艺相比这是一种低压的工艺。
●粉末压制  粉末在硬模具腔内并施加很大的压力(约138MPa)下烧结，尽管压力不均匀可能产生过度翘曲但这一工艺生产的烧结件非常致密，容差较小。
●等静压粉末压制  这种工艺使用使用周围为水或者为甘油的模及使用高达69MPa的压力这种压力更为均匀所制成的部件翘曲更小。
●挤压  浆料通过模具挤出这种工艺使用的浆料黏度较低，难以获得较小容差，但是这种工艺非常经济，并且可以得到比其他方法更薄的部件。

本文作者系台湾奕锜/深圳鸿创兴 王刚