전자 포장 기판에는 여러 종류가 있으며 일반적으로 사용되는 기판은 주로 플라스틱 포장 기판, 금속 포장 기판 및 세라믹 포장 기판으로 나뉩니다. 플라스틱 포장재는 일반적으로 열전도율이 낮고 신뢰성이 떨어지며 높은 요구 사항에는 적합하지 않습니다. 금속 포장재는 열전도율이 높지만 일반적인 열팽창 계수가 일치하지 않고 가격이 높습니다.

세라믹 기판은 일반적으로 전자 패키징에 사용됩니다. 플라스틱 기판 및 금속 기판과 비교하여 세라믹 기판은 다음과 같은 장점이 있습니다:

(1) 우수한 단열 성능과 높은 신뢰성;

(2) 낮은 유전율, 고주파 성능;

(3) 낮은 열팽창 계수 및 높은 열전도율;

(4) 우수한 기밀성과 안정적인 화학적 성능으로 전자 시스템에 대한 강력한 보호 역할을합니다.

따라서 항공, 항공 우주 및 군사 공학 고신뢰성, 고주파, 고온 저항, 제품 포장의 기밀성에 적합합니다. 초소형 칩 전자 부품은 이동 통신, 컴퓨터, 가전 제품 및 자동차 전자 제품 등의 분야에서 널리 사용되며, 캐리어 재료는 종종 세라믹 기판으로 캡슐화됩니다.

현재 전자 패키징에 일반적으로 사용되는 세라믹 기판 재료로는 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC), 질화붕소(BN), 베릴륨 산화물(BeO) 등이 있습니다.

Al2O3 세라믹 기판

Al2O3 세라믹은 일반적으로 Al2O3를 주원료로하며, 주로 알파 Al2O3 결정상, 모든 종류의 세라믹의 75% 이상의 Al2O3 함량, 풍부한 원료 공급원, 저비용, 높은 기계적 강도 및 경도, 우수한 절연 성능 및 우수한 열 충격 성능, 화학적 내식성, 높은 치수 정확도, 금속과의 우수한 접착력의 장점은 일종의 포괄적 인 성능 향상 세라믹 기판 재료입니다. Al2O3 세라믹 기판은 전자 산업에서 널리 사용되며 세라믹 기판 총량의 90%를 차지하며 전자 산업에 없어서는 안될 재료가되었습니다.

현재 사용되는 Al2O3 세라믹 기판은 대부분 다층 기판입니다. Al2O3 함량은 전기 절연 성능, 열 전도성 및 내충격성을 향상시키지만 동시에 소결 온도와 생산 비용을 증가시킵니다. 소결 온도를 낮추고 Al2O3 세라믹 기판의 기계적 및 전기적 특성을 보장하기 위해 소결을 촉진하기 위해 B2O3, MgO, CaO, SiO2, TiO2, Nb2O5, Cr2O3, CuO, Y2O3, La2O3 및 Sm2O3와 같은 일정량의 소결 AIDS가 종종 추가됩니다.

Al2O3 세라믹 기판은 출력이 크고 응용 범위가 넓지만 실리콘 단결정에 비해 열전도율이 높아 고주파, 고전력, 초대형 집적 회로에 사용하는 데 한계가 있습니다.

AlN 세라믹 기판

AlN 세라믹 기판은 새로운 유형의 기판 재료로, 우르트 자이트 공유 결합 화합물의 [AlN4] 사면체 구조 단위, 우수한 열전도율, 신뢰할 수있는 전기 절연, 낮은 유전 상수 및 유전 손실, 무독성, 실리콘 열팽창 계수 일치 등 일련의 우수한 기능에 대한 AlN 결정의 격자 상수는 차세대 고집적 반도체 기판 및 전자 포장 재료의 이상적 인 것으로 간주됩니다.

AlN 세라믹의 핵심 원료인 AlN 분말의 제조 공정은 복잡하고 에너지 소비가 높으며 주기가 길고 비용이 많이 듭니다. 높은 비용으로 인해 AlN 세라믹의 광범위한 적용이 제한되므로 AlN 세라믹 기판은 주로 하이엔드 산업에서 사용됩니다.

Si3N4 세라믹 기판

Si3N4는 상, 상 및 상이라는 세 가지 결정 구조, 즉 상, 상 및 상이 있으며, 그 중 상과 상은 Si3N4의 가장 일반적인 형태이며 모두 육각형 구조입니다. Si3N4는 큰 경도, 고강도, 작은 열팽창 계수, 고온에서의 작은 크리프, 우수한 내산화성, 우수한 열 부식 성능 및 작은 마찰 계수와 같은 많은 우수한 특성을 가지고 있습니다. 단결정 실리콘 질화물의 이론적 열전도율은 최대 400W/(m-K)이며, 높은 열전도율 기판이 될 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 또한 Si3N4의 열팽창 계수는 약 3.0×10-6℃로 Si, SiC, GaAs 및 기타 재료와 잘 일치하여 Si3N4 세라믹은 고강도 및 고열 전도성 전자 장치에 매우 매력적인 기판 재료가 됩니다[4].

그러나 Si3N4 세라믹은 유전율이 8.3, 유전 손실이 0.001~0.1로 낮고 생산 비용이 높아 전자 캡슐화 세라믹 기판으로 적용하는 데 한계가 있습니다.

SiC 세라믹 기판

SiC 세라믹은 고온에서 100W / (m-k)에서 400W / (m-k)에 이르는 높은 열전도율을 가지며 Al2O3보다 13 배 높습니다. 우수한 산화 방지 성능, 2500℃ 이상의 분해 온도, 1600℃의 산화 분위기에서 여전히 사용할 수 있습니다. 또한 전기 절연이 우수하고 열팽창 계수가 Al2O3 및 AlN보다 낮습니다. SiC 세라믹은 공유 결합 특성이 강하고 소결이 어렵습니다. 밀도를 향상시키기 위해 일반적으로 소량의 붕소 또는 산화 알루미늄이 소결 에이즈로 첨가됩니다. 실험에 따르면 베릴륨, 붕소, 알루미늄 및 그 화합물이 가장 효과적인 첨가제이며 SiC 세라믹의 밀도를 98% 이상에 도달 할 수 있습니다.

그러나 SiC의 유전율이 AlN의 4배로 너무 높고 압축 강도가 낮아 저밀도 패키징에만 적합하고 고밀도 패키징에는 적합하지 않습니다. 집적 회로 부품, 어레이 부품, 레이저 다이오드 등 외에도 전기 전도성이 있는 구조 부품에도 사용됩니다.

BeO 세라믹 기판

BeO는 6자 우르트자이트 구조의 알칼리 토금속 산화물로, 우르트자이트와 강한 공유 결합 구조를 가지고 있고 상대 분자 질량이 낮기 때문에 열전도율이 높고, BeO 알루미나는 약 10배, 실온에서의 열전도율은 250w/(m K)에 도달할 수 있으며, 고온, 고주파, 전기 성능, 우수한 내열성, 내열 충격 및 섬세한 화학적 안정성에서 금속의 열전도율을 가지고 있습니다.

BeO는 몇 가지 좋은 특성을 가지고 있지만, 그 치명적인 단점은 분말의 극심한 독성입니다. BeO 먼지를 장기간 흡입하면 중독을 일으키거나 생명을 위협할 수 있으며, 환경 오염을 유발하여 BeO 세라믹 기판의 생산 및 적용에 큰 영향을 미칩니다 [5]. 또한 BeO는 생산 비용이 비싸기 때문에 생산 및 적용이 제한됩니다. 고전력 트랜지스터의 방열판, 고주파 및 고전력 반도체 장치의 방열판, 방출 튜브, TWTS, 레이저 튜브, 클라이스트론 등의 측면으로 사용이 제한됩니다. BeO 세라믹 기판은 높은 열전도율과 이상적인 고주파 특성을 위해 항공 전자 공학 및 위성 통신에 사용되기도 합니다.

BN 세라믹 기판

BN은 육각형과 입방체의 두 가지 형태로 결정화할 수 있습니다. 그 중 입방정 BN은 1500~1600℃의 높은 경도와 고온 저항성을 가지고 있어 초경질 소재에 적합합니다. 육각형 BN은 올바른 열처리 하에서 매우 높은 온도에서 높은 화학적 및 기계적 안정성을 유지할 수 있습니다. BN 소재는 열 안정성, 화학적 안정성 및 전기 절연성이 높은 반면, BN 세라믹의 열전도율은 실온에서 스테인리스 스틸과 동일하며 유전 특성이 우수합니다. BN은 대부분의 세라믹보다 취성이 우수하고 열팽창 계수가 작으며 열충격 저항성이 강하고 1500℃ 이상의 급격한 온도 변화에도 견딜 수 있습니다.

입방정 질화붕소와 육방정 질화붕소는 모두 고온, 고압에서 제조되는 전형적인 공유결합 결정입니다. 열전도율이 높고 온도에 따라 열전도율이 거의 변하지 않으며 유전율이 작고 절연 성능이 우수하여 레이더 윈도우, 고전력 트랜지스터의 튜브 베이스, 튜브 쉘, 방열판 및 마이크로파 출력 윈도우에 적용됩니다. 그러나 큐빅 BN은 열전도율이 높은 세라믹 소재의 생산에 사용하기에는 너무 비쌉니다. 열팽창 계수와 실리콘의 불일치도 그 적용을 제한합니다 .