另辟蹊径浅谈电阻技术之陶瓷基板篇

2023-5-21 19:10| 发布者: 开心| 查看: 316| 评论: 0

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摘要: {本文由家电维修技术论坛小编收集整理资料}说到陶瓷，一般人就很容易的联想到磁砖、陶瓷器皿、浴缸、或是景陶瓷艺术品，这些通称为传统陶瓷。而对于被动元件的基板，它们属于精细陶瓷（Fine Ceramics）。采用高纯度无机材料为原料，经过精确控制化学 ...

{本文由家电维修技术论坛小编收集整理资料}说到陶瓷，一般人就很容易的联想到磁砖、陶瓷器皿、浴缸、或是景陶瓷艺术品，这些通称为传统陶瓷。而对于被动元件的基板，它们属于精细陶瓷（Fine Ceramics）。采用高纯度无机材料为原料，经过精确控制化学组成及均匀度，再经过一定方式成形，最后高温烧结而成。其具有足够高的机械强度，低介电常数，低热膨胀系数，高热导率，良好的化学稳定性等优点，得到了广泛的应用。

表陶瓷基板的性质对于需求最为广泛的片式薄膜与厚膜电阻器来说，陶瓷基板材料的机械性能和电气性能对电阻膜层有非常大的影响，我们将从几个角度来介绍基板性能对电阻膜层的影响。表面粗糙度表面粗糙度，是指连续表面上峰点、谷点与中心线的平均偏差，用Ra表示，单位为um。表面粗糙度越小，则表面越光滑。而基片表面粗糙度参数，对电阻膜层连续性有重要影响。举一个极端例子：对于薄膜电阻器，若薄膜膜层厚度仅为200Å~400Å（0.02um~0.04um），此厚度的膜层覆盖在1um（10000Å）的粗糙表面上，这种膜沿高山和深谷蔓延，结果是电阻器的阻值变化很大。有较大可能形成不完全的、断裂的、有裂纹的不连续膜。介电损耗对于基板材料来说，其相关特性还有介电损耗。其由介电材料中极化电流滞后电压相位角的正切来表征，它与信号频率和电路分布参数C、R的关系是：

δ称为损耗角。δ值大，信号会以发热的形式发送损耗，甚至消失，对于高频应用来说，介电损耗极为重要。介电常数

信号传输速度v与基板介电常数的平方根成反比。因此，对于高速回路，要求基板有更低的介电常数。热导率一些大功率应用，对基板提出了高散热的要求，需要采用高热导率基板，如AlN基板和BeO基板等。对于电阻而言，采用高热导率基板可以实现相同尺寸下更大的额定功率。热膨胀系数对于不同元件，对热膨胀系数要求不同。对于半导体芯片，要求基板的热膨胀系数与Si越接近越好，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，此应用一般采用SiC基板。对于金属箔电阻而言，考虑到箔片热膨胀与陶瓷基板相匹配实现低温漂因素，基板的热膨胀系数需要重点考量。陶瓷制造工艺陶瓷烧成前典型的成形方法为流延成型，容易实现多层化且生产效率较高。

电阻常用陶瓷基板氧化铝陶瓷基板：从现实情况来看，广泛使用的还是Al2O3基板，同时其加工技术与其他材料相比也是最先进的。按含氧化铝(Al2O3)的百分数不同可分为：75瓷、96瓷、99.5瓷。氧化铝含有量不同，其电学性质几乎不受影响，但是其机械性能及热导率变化很大。纯度低的基板中玻璃相较多，表面粗糙度大。纯度越高的基板，越光洁、致密、介质损耗越低，但是价格也越高。所以薄膜电阻和厚膜电阻，他们所采用的氧化铝基板也不完全相同。

不同氧化铝含量的基板对比氮化铝陶瓷基板：氮化铝陶瓷是以氮化铝粉体为主晶相的陶瓷。相比于氧化铝陶瓷基板，绝缘电阻、绝缘耐压更高，介电常数更低。其热导率是Al2O3的7~10倍，热膨胀系数（CTE）与硅片近似匹配，这对于大功率半导体芯片至关重要。在生产工艺上，AlN热导率受到残留氧杂质含量的影响很大，降低含氧量，可明显提高热导率。目前工艺生产水平的热导率达到170W/(m·K)以上已不成问题。

图氧化铝基板与氮化铝基板特性对比

图氧化铝基板与氮化铝基板特性对比氮化铝陶瓷基板：氧化铍基板的热导率是Al2O3基板的十几倍，适用于大功率电路，而且介电常数又低，可用于高频电路。BeO基板用于一般用作大功率微波散热基板。缺点是BeO粉尘与蒸汽的毒性对人体伤害很大，存在环境问题。

图基板的热导率与温度的关系我们对比了市面上相同尺寸（100mm×100mm×1mm）、不同材料的陶瓷基板价格： 96%氧化铝9.5元，99%氧化铝18元，氮化铝150元，氧化铍650元，可以看出来不同的基板价格差距也比较大。  推荐阅读：温度冲击对贴片电阻在实际应用中的影响及应对方案新能源汽车中预充电阻的选型及分析NTC热敏电阻基础以及应用和选择功率电阻的散热设计液体测量——从水到血液要采购薄膜么，点这里了解一下价格!
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