什么是HTCC
HTCC(High Temperature Co-fired Ceramic)采用钨、钼、钼、锰等高熔点金属耐热浆料印刷在92~96%氧化铝流陶瓷生坯上,根据热电路设计要求,加入4~8%烧结剂再叠层多层。在1500~1600°C高温下烧成一体。
因此具有耐腐蚀、耐高温、寿命长、高效节能、温度均匀、导热性好、热补偿快等优点,且不含铅、镉、汞、六价铬、多溴联苯、多溴二苯醚等有害物质,符合欧盟RoHS环保要求。
由于烧成温度高,HTCC不能采用金、银、铜等低熔点金属材料,必须采用钨、钼、锰等难熔金属材料,这些材料导电性低,会造成信号延迟等缺陷,因此不适用于高速或高频微组装电路基板。但HTCC基板具有结构强度高、导热性高、化学稳定性好、布线密度高等优点,在大功率微组装中有着广泛的应用前景。
HTCC的分类
在高温共烧陶瓷中,氧化铝、莫来石、氮化铝是陶瓷中最重要的成分。
1.氧化铝
氧化铝陶瓷技术是目前比较成熟的微电子封装技术,它由92~96%的氧化铝,添加4~8%的烧结助剂在1500-1700℃烧结而成,其引线材料有钨、钼、钼-锰等难熔金属。
基板技术成熟,介质材料成本低,热导率和抗弯强度高。但是氧化铝多层陶瓷基板存在以下缺点:
- 介电常数过高影响信号传输速度的提升;
- 导体电阻率过高,信号传输损耗大;
- 热膨胀系数与硅相差较大,限制了其在超级计算机中的应用。
2、莫来石
莫来石的介电常数为7.3-7.5,而氧化铝(96%)的介电常数为9.4,高于莫来石,因此莫来石的信号传输延迟时间比氧化铝小17%左右。而且莫来石的热膨胀系数与硅十分接近,因此这种基板材料得到了迅速的发展。
莫来石多层陶瓷基板目前已被多家公司开发,产品性能指标良好。但衬底布线导体只能采用钨、镍、钼等,且电阻率高、热导率均低于氧化铝衬底。
3.氮化铝
对于氮化铝衬底,由于其热导率高、热膨胀系数与Si、SiC、GaAs等半导体材料相匹配,其介电常数和介电损耗均优于氧化铝,而且AlN是一种硬质陶瓷,在恶劣的环境条件下仍能很好地工作。
例如AlN陶瓷在高温下仍具有优异的稳定性。因此,氮化铝作为多层衬底材料得到了国内外的广泛研究,并取得了显著的进展。
氮化铝基板的缺点为:
- 布线导体电阻率高,信号传输损耗大;
- 烧结温度高,能耗大;
- 介电常数比低温共烧陶瓷介电材料高;
- 氮化铝基板与钨、钼导体共烧后热导率会下降;
- 丝网印刷电阻等无源元件无法纳入高温共烧制程,因为这些无源元件浆料中的金属氧化物会在制程的还原气氛中发生反应,使性能劣化;
- 外导体必须镀镍、镀金,以保护其不被氧化,增加表面导电性并提供可用于导线焊接、锡焊元件贴装的金属化层。
尽管存在这些缺点,但AlN基板总体上比其它高温共烧陶瓷基板具有更多的优势,在高温共烧陶瓷领域有很好的发展前景。
HTCC的应用
HTCC陶瓷加热片是一种新型高效环保节能陶瓷加热元件,与PTC陶瓷加热元件相比,在达到相同加热效果的情况下节能20~30%,因此,该产品广泛应用于日常生活、工农业技术、军事、科学、通讯、医疗、环保、航空航天等许多领域。
如小型空气加热器、电吹风、烘干机、干衣机、取暖机、除湿机、暖手器、烘干机、电夹板、电熨斗、电烫斗、卷发器、电子热水瓶、保温箱、保温柜、煤油化油器、电饭锅、卫生间陶瓷加热器、热水器、红外治疗仪、静脉注射加热器、小型专用晶体器件恒温槽、工业干燥设备、电热胶、水、油及酸碱液体加热元件等。
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