电子封装基板种类繁多,常用的基板主要分为塑料封装基板、金属封装基板和陶瓷封装基板。塑料封装材料通常导热系数较低,可靠性较差,不适合高要求场合。金属封装材料导热系数高,但一般热膨胀系数不匹配,价格昂贵。

电子封装常用的是陶瓷基板。陶瓷基板与塑料、金属基板相比,具有以下优点:
1.绝缘性能好,可靠性高;
2.介电系数低,高频性能好;
3.膨胀系数低,热导率高;
4.气密性好,化学性质稳定,对电子系统有较强的保护作用。
因此适用于航空、航天、军事等高可靠性、高频、耐高温、气密性好的产品封装。超小型片式电子元器件广泛应用于移动通讯、计算机、家用电器、汽车电子等领域,其载体材料通常采用陶瓷基板封装。
目前,电子封装常用的陶瓷基板材料有氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、氧化铍(BeO)。
各种材料基板的应用领域如下:
1.氧化铝陶瓷基板
Al2O3陶瓷基板虽然产量大,应用范围广,但其热导率比硅单晶高,限制了其在高频、大功率及超大规模集成电路中的应用。
2.氮化铝陶瓷基板
AlN陶瓷的核心原料AlN粉末制备工艺复杂,能耗高,周期长,价格昂贵,高成本限制了AlN陶瓷的广泛应用,因此AlN陶瓷基板主要应用于高端行业。
3.氮化硅陶瓷基板
Si3N4陶瓷介电性能较差(介电常数为8.3,介电损耗为0.001~0.1),且生产成本较高,限制了其作为电子封装陶瓷基板的应用。
4.碳化硅陶瓷基板
SiC介电常数太高,为AlN的4倍,且抗压强度低,只适合于低密度封装,不适用于高密度封装。除用于集成电路元件、阵列元件、激光二极管等外,还用于导电结构元件。
5.氧化铍陶瓷基片
它的用途仅限于以下几个方面:大功率晶体管的散热片、高频大功率半导体器件的散热片、发射管、行波管、激光管、速调管,BeO陶瓷基片由于其热导率高、高频特性理想,有时也用于航空电子和卫星通讯中。
6、氮化硼陶瓷基片
BN具有热导率高、热导率几乎不随温度变化、介电常数小、绝缘性能好等优点,广泛应用于雷达窗口、大功率晶体管管基座、管壳、散热片及微波输出窗口等领域。
各种材质陶瓷基板性能:
性能 |
性能 |
单位 |
ALN |
AI2O3 |
BeO |
SiC |
BN |
Si3N4 |
含量 |
% |
95 |
96.0 |
99.5 |
99.0 |
/ |
99-997 |
/ |
密度 |
g/cm3 |
≥3.32 |
3.72 |
3.90 |
2.52 |
≥3.03 |
1.6-2.0 |
3.26±0.05 |
热性能 |
最高使用温度 |
℃ |
800 |
1700 |
1750 |
/ |
1300 |
900-2100 |
/ |
导热系数 |
(W/m·K)20℃ |
/ |
24.70 |
30.00 |
230 |
90-110 |
35-85 |
/ |
(W/m·K)100℃ |
170 |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
热膨胀 |
×10-6℃(25~400℃) |
4.4 |
/ |
/ |
/ |
4.0 |
0.7~7.5 |
3.0-3.2 |
×10-6℃(25~800℃) |
/ |
8.2 |
8.2 |
7.0-8.5 |
/ |
/ |
/ |
×10-6℃(20~100℃) |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
1.5-2.8 |
/ |
电气性能 |
电阻率(Ω*cm) |
Ω·cm (25℃) |
>1014 |
>1015 |
>1015 |
≥1014 |
/ |
>1014->1013 |
>1018 |
Ω·cm (300℃) |
/ |
/ |
/ |
≥1011 |
/ |
/ |
/ |
介电常数 |
1MHz(10±0.5)GHz |
8.9 |
8.3 |
8.7 |
6.9±0.4 |
40 |
4.0 |
9.4 |
介电损耗 |
(×10-4)(1Hz) |
3~10 |
0.0002 |
0.0001 |
/ |
/ |
/ |
/ |
耐电压 |
(kV*mm-1) |
15 |
10 |
10 |
10 |
0.07 |
300~400 |
100 |
力学性能 |
硬度(HV) |
MPa |
1000 |
25 |
12 |
91-93(HRA) |
/ |
160-1800 |
弯曲强度 |
MPa |
≥410 |
300~350 |
200 |
≥350 |
40~80 |
700-800 |
弹性模量 |
GPa |
320 |
370 |
350 |
350 |
/ |
320 |
毒性 |
/ |
(W/m·K)20℃ |
无 |
无 |
有 |
无 |
无 |
否 |