高纯度无机材料陶瓷在元器件(国巨贴片电阻)的领域应用起关键作用

发布时间：2021-12-21

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提到陶瓷，普通人很容易想到瓷砖、陶瓷器具、浴具或精美的陶瓷工艺品，通常被称为传统陶瓷。
对于被动元器件的基板，它们属于精美陶瓷。以高纯度无机材料为原料，通过严格计算化学成分和均匀度系数，然后通过数学模型方式形成一整套完整的模型工具，最后在高温下烧结。它具有机械强度高、介电常数低、热膨胀系数低、导热系数高、化学稳定性好等优点，得到了普通应用。

对于普通需求的薄膜贴片电阻和厚膜贴片电阻，陶瓷基片材料的机械和电气性能对电阻膜层有很大影响，我们将从几个角度介绍衬底性能对电阻膜的影响。
表面粗糙度
表面粗糙度是指连续表面的峰点、谷点和中心线之间的平均偏差，用Ra表示，单位为um。表面粗糙度越小，表面越光滑。然而，衬底的表面粗糙度参数对电阻膜的连续性有重要影响。举一个重要的例子: 对于薄膜电阻，如果薄膜层的厚度只有（200 ~ 400）A (0.02um ~ 0.04um)，膜层的厚度覆盖了1um (10000A) 的粗糙表面，这种膜沿着高山和深谷扩散，因此，电阻的阻值变化很大。可能会形成不完整、断裂和破裂的不连续膜。
介电损耗
对于基底板材料，其相关特性还包括介电损耗。它的特点是电介质材料中极化电流滞后电压相位角的切线。其与信号频率和电路分布参数C和R的关系如下:
Δ 被称为损失角。如果信号值较大，信号将以加热的形式发送损耗，甚至消失。对于高频应用，介电损耗是极其重要的。
介电常数
信号传输速度v与基底板的介电常数的平方根成反比。因此，对于高速电回路，要求基底板具有较低的介电常数。
导热系数
一些高功率应用需要衬底的高散热，这需要高导热衬底，例如AIN衬底和BeO衬底。对于电阻，使用高热导率衬底可以在相同尺寸下获得更大的额定功率。
热膨胀系数
不同的元件对热膨胀系数有不同的要求。对于半导体芯片，衬底的热膨胀系数越接近姒越好，因此可以大大降低。大规模集成电路运行 -- 停止温度循环中产生的应力，本应用一般采用SiC基板。对于合金电阻，考虑到箔的热膨胀与陶瓷基片匹配以实现低温漂移，需要考虑衬底的热膨胀系数。
陶瓷制造工艺
陶瓷烧成前的典型成型方法是铸造成型，易于实现多层成型，生产效率高。
通常用于电阻的陶瓷基片:
从实际情况来看，氧化铝陶瓷基片仍被广泛应用，其加工工艺也是与其他材料相比最先进的。根据氧化铝 (al2o3) 的比例，可分为75瓷，96瓷和99.5瓷。由于氧化铝的含量不同，其电学性能很难受影响，但其力学性能和导热系数相差很大。低纯度的基板具有更多的玻璃和更大的表面粗糙度。基底板的纯度越高，越光滑、密度越大，介质消耗越低，但售价也不便宜。
因此，厚膜电阻和薄膜电阻所使用的氧化铝基板有差异。
氮化铝陶瓷基片
氮化铝陶瓷是以氮化铝粉末为主要晶相的陶瓷。与氧化铝陶瓷基片相比，绝缘电阻和绝缘耐压更高，介电常系数低。热导率是Al2o3的7 ~ 10倍，热膨胀系数 (CTE) 与硅晶圆近似匹配，这对大功率半导体芯片非常重要。在生产过程中，AIN的导热系数受残余氧杂质含量的影响很大。降低氧含量可以明显提高导热系数。目前，工艺生产水平的热导率达到170W/(m·K) 并不是问题。
氮化铍陶瓷基片
氧化铍衬底的热导率是氧化铝基底板的十倍以上，适用于低介电常数的大功率电路，可用于高频电路。BeO基板通常用作大功率微波散热基底板。缺点是BeO灰尘和蒸汽的毒性对人体非常有害，并且存在环境隐患。
我们比较了市场上相同尺寸 (100毫米*100毫米 * 1毫米) 、不同材质的陶瓷基片价格: 96% 氧化铝9.5（元），99% 氧化铝18（元），氮化铝150（元），氧化铍650（元），可以看出不同基底板的售价区别很大。

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