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      一文看懂什么是高溫共燒陶瓷HTCC

      作者:佳日豐泰 2020/09/04 11:04:21 瀏覽量:108

        HTCC是什么

        高溫共燒陶瓷 HTCC(High Temperature co-fired Ceramic),采用材料為鎢、鉬、鉬、錳等高熔點金屬發熱電阻漿料按照發熱電路設計的要求印刷于92~96%的氧化鋁流延陶瓷生坯上,4~8%的燒結助劑然后多層疊合,在1500~1600℃下高溫下共燒成一體。

        從而具有耐腐蝕、耐高溫、壽命長、高效節能、溫度均勻、導熱性能良好、熱補償速度快等優點,而且不含鉛、鎘、汞、六價鉻、多溴聯苯、多溴二苯醚等有害物質,符合歐盟RoHS等環保要求。

        因燒成溫度高,HTCC不能采用金、銀、銅等低熔點金屬材料,必須采用鎢、鉬、錳等難熔金屬材料,這些材料電導率低,會造成信號延遲等缺陷,所以不適合做高速或高頻微組裝電路的基板。但是,由于HTCC基板具有結構強度高、熱導率高、化學穩定性好和布線密度高等優點,因此在大功率微組裝電路中具有廣泛的應用前景。

        HTCC的分類

        高溫共燒陶瓷中較為重要的是以氧化鋁、莫來石和氮化鋁為主要成分的陶瓷。

        氧化鋁

        氧化鋁陶瓷技術是一種比較成熟的微電子封裝技術,它 由 92~96%氧 化 鋁,外 加 4~8% 的燒結助劑在1500- 1700℃下燒結而成,其導線材料為鎢、鉬、鉬一錳等難熔金屬。

        該基板技術成熟,介質材料成本低,熱導率和抗彎強度較高。但是,氧化鋁多層陶瓷基板有下列缺點::

        (1)、介電常數高, 影響信號傳輸速度的提高;

        (2)、導體電阻率高, 信號傳輸損耗較大;

        (3)、熱膨脹系數與硅相差較大,從而限制了它在巨型計算機上的應用。

        莫來石

        莫來石的介電常數為 7.3- 7.5, 而氧化鋁( 96%) 的介電常數為 9.4, 高于莫來石, 所以莫來石的信號傳輸延遲時間可比氧化鋁小17%左右,并且,莫來石的熱膨脹系數與硅很接近,所以這種基板材料得到了快速發展。

        例如日立、Shinko 等公司均開發了莫來石多層陶瓷基板,并且其產品具有良好的性能指標。不過此基板的布線導體只能采用鎢、鎳、鉬等, 電阻率較大而且熱導率低于氧化鋁基板。

        氮化鋁

        對于氮化鋁基板來說,由于氮化鋁熱導率高,熱膨脹系數與Si、SiC和GaAs等半導體材料相匹配,其介電常數和介質損耗均優于氧化鋁,并且 AlN 是較硬的陶瓷,在嚴酷的環境條件下仍能很好地工作。

        比如在高溫時 AlN 陶瓷依然具有極好的穩定性,因此,氮化鋁用作多層基板材料,在國內外都得到了廣泛研究并已經取得令人矚目的進展。

        氮化鋁基板所具有的缺點是:

        (1)、布線導體電阻率高,信號傳輸損耗較大;

        (2)、燒結溫度高,能耗較大;

        (3)、介電常數與低溫共燒陶瓷介質材料相比還較高;

        (4)、氮化鋁基板與鎢、鉬等導體共燒后, 其熱導率有所下降;

        (5)、絲網印刷的電阻器及其他無源元件不能并入高溫共燒工藝,因為這些無源元件的漿料中的金屬氧化物,會在該工藝的還原氣氛下反應而使性能變壞;

        (6)、外層導體必須鍍鎳鍍金保護其不被氧化,同時增加表面的電導率并提供能夠進行線焊和錫焊元器件貼裝的金屬化層。

        雖然有這些缺點,但從總體上來說,氮化鋁基板比其他高溫共燒陶瓷基板有更多的優勢,在高溫共燒陶瓷領域有很好的發展前途。

        HTCC的應用

        HTCC陶瓷發熱片是一種新型高效環保節能陶瓷發熱元件,相比PTC陶瓷發熱體,具有相同加熱效果情況下節約20~30%電能,所以,產品廣泛應用于日常生活、工農業技術、軍事、科學、通訊、醫療、環保、宇航等眾多領域。

        如小型溫風取暖器、電吹風、烘干機、干衣機、暖氣機、冷暖抽濕機、暖手器、干燥器、電熱夾板、電熨斗、電烙鐵、卷發燙發器、電子保溫瓶、保溫箱、保溫柜、煤油汽化爐、電熱炊具、座便陶瓷加熱器、熱水器,紅外理療儀、靜脈注射液加熱器、小型專用晶體器件恒溫槽、工業烘干設備、電熱粘合器,水、油及酸堿液體等的加熱元件。如圖所示是用HTCC制作的弧形發熱片和圓形發熱片。

      弧形發熱片和圓形發熱片

                   弧形發熱片            圓形發熱片

      HTCC制作的弧形發熱片和圓形發熱片

        HTCC的發展

        HTCC作為一種新型的高導熱基板和封裝材料,具有高熱導率、低熱膨脹系數、低介電常數和低介質損耗、高機械強度等特點。

        因此它可以實現電性能#熱性能和機械性能的優化設計,能夠滿足器件、模塊和組件的高功、高密度、小型化和高可靠要求。

        但是, 高溫共燒陶瓷(HTCC)電路互連基板中,W、Mo的電阻率較高,電路損耗較大。隨著超大規模集成電路的應用頻率和電路速度提升,電子設備的小型化等趨勢對高密度封裝提出更高要求。

        而且,HTCC 的陶瓷粉末并無加入玻璃材質,HTCC 必須在高溫1300~1600℃環境下干燥硬化成生胚,接著鉆上導通孔,以網版印刷技術填孔與印制線路,因其共燒溫度較高,使得金屬導體材料的選擇受限,而且會大大增加其成本。因此,低溫共燒陶瓷(LTCC)應運而生。

      發布時間:2020/09/04 11:04:21 返回列表
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