电子封装陶瓷基板

随着功率器件特别是第三代半导体的兴起和应用，半导体器件正逐步向大功率、小型化、集成化、多功能等方向发展。对封装基板的性能提出了更高的要求。陶瓷基板(又称陶瓷电路板)具有导热系数高、耐热性好、热膨胀系数低、机械强度高、绝缘、耐腐蚀和抗辐射性能好的特点，广泛应用于电子器件封装。本文介绍了常用陶瓷基板材料(包括Al2O3、AlN、Si3N4、BeO、SiC和BN等)的物理性能。)进行了分析，并介绍了各种陶瓷基板(包括TFC、TPC、DBC、DPC、AMB、LAM以及各种3D陶瓷基板等)的制备原理、工艺流程、技术特点和特性都被强调了。

以硅(Si)和锗(Ge)材料为代表的第一代半导体主要用于数据运算领域，奠定了微电子工业的基础。

第二代半导体以砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)为代表，主要用于通信领域，用于制造高性能微波、毫米波和发光器件，为信息产业奠定基础。随着技术的发展和应用需求的不断延伸，两者的局限性逐渐体现出来，难以满足高频、高温、大功率、高能效、抗恶劣环境、便携性和小型化的要求。

以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体材料具有宽带隙、高临界击穿电压、高热导率、高载流子饱和漂移速度等特点。

它们制造的电子器件可以在300℃甚至更高的温度下稳定工作(也称为功率半导体或高温半导体)。它是固态光源(如LED)、激光器(LD)、电力电子(如IGBT)、聚焦光伏(CPV)、微波射频(RF)等器件的“核心”。在半导体照明、汽车电子、新一代移动通信(5G)、新能源与新能源汽车、高速轨道交通、消费电子等领域具有广阔的应用前景，有望突破传统半导体技术的瓶颈，在光电器件、电力电子、汽车电子、航空航天、深井钻井等领域具有重要的应用价值，将在节能减排、产业转型升级、推动新的经济增长点等方面发挥重要作用。

随着功率器件(包括LED、LD、IGBT、CPV等)的发展，散热已经成为影响器件性能和可靠性的关键技术。对于电子器件来说，器件的有效寿命通常每升高10°C，就要降低30%~50%。因此，选择合适的封装材料和工艺，提高器件的散热能力，成为发展功率器件的技术瓶颈。以大功率LED封装为例，由于70%~80%的输入功率转化为热量(只有20%~30%左右转化为光能)，且LED芯片面积小，器件功率密度高(100W/cm2以上)，散热成为大功率LED封装必须解决的关键问题。如果芯片产生的热量不能及时被LED散发出去，大量的热量会聚集在LED内部，芯片的结温会逐渐升高，降低LED的性能(比如发光效率降低，波长红移等。)，另一方面会在LED器件内部产生热应力，引起一系列可靠性问题(如使用寿命、色温变化等)。

封装基板主要利用材料的高导热性将热量从芯片(热源)传导出去，实现与外界环境的热交换。对于功率半导体器件，封装衬底必须满足以下要求:

(1)高热导率。目前，功率半导体器件采用热电分离封装，器件产生的热量大部分通过封装基板传递。导热性能好的基板可以保护芯片免受热损伤。

(2)配合芯片材料的热膨胀系数。功率器件芯片本身可以耐高温，电流、环境、工作条件的变化都会改变其温度。由于芯片直接安装在封装基板上，热膨胀系数的匹配将降低芯片的热应力，提高器件的可靠性。

(3)耐热性好，满足功率器件的高温使用要求，热稳定性好。

(4)绝缘良好，满足电气互联和设备绝缘的要求。

(5)机械强度高，满足器件加工、封装和应用过程中的强度要求。

(6)价格适合大规模生产应用。