《电绝缘陶瓷》课件.ppt

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1、电绝缘陶瓷,绝缘陶瓷又称为装置陶瓷，是在电子设备中作为安装、固定、支撑、保护、绝缘、隔离及连接各种无线电元件及器件的陶瓷材料。电子技术中首先要求绝缘材料不导电，即要求电阻率尽量高，绝缘强度也尽量高。目前，绝缘陶瓷可分为氧化物绝缘陶瓷和非氧化物绝缘陶瓷两大系列，无论是哪种系列的绝缘陶瓷，要成为一种优异的绝缘陶瓷，它必须具备如下性能：,电蚊香底片,陶瓷开关底座,电绝缘陶瓷性能,无论哪种绝缘陶瓷，必须具备以下性能：1.高的体积电阻率1012m；2.小的相对介电系数r30；3.损耗因子tg 0.001；,4.介电强度高500kV/cm,其他性能,良好的导热性:热导率为2428WmK；耐腐蚀，不变形，可

2、在-55+860温度范围内使用；良好的机械性能；与半导体材料尽可能一致的热膨胀系数。,绝缘陶瓷的分类,传统硅酸盐陶瓷 氧化物陶瓷 非氧化物陶瓷,滑石瓷：以滑石（3MgO4SiO2H2O)为主要原料，加入一定的粘土、膨润土和碳酸钡等径高温烧结而成。介电系数低（67）；击穿强度200300kV/cm;绝缘电阻高1012m；导热系数小：2.1W/mK镁橄榄石瓷：2MgO2Al2O35SiO2莫来石瓷：3Al2O32SiO2普通电瓷按硅酸盐陶瓷常规工艺生产，原料磨细练泥陈腐成型和烧结。烧结温度12501320。,传统绝缘电瓷,集成电路基片,电子器件的发展趋势：电子设备微型化技术的 发展在集成电路中，基

3、片起着承载厚膜元件、互连、外贴元件和以及包封等作用，在大功率电路中，基片还有散热的作用。电路对基片的要求包括：平整度、光洁度高；有良好的电气性能；高的导热系数；有与其它材料相匹配的热膨胀系数；有良好的机械性能；高稳定度；良好的加工性能；价格便宜。,随着电子信息技术向集成化、微型化和多功能化方向发展，电子技术产品日益向微型、轻量、薄型、多功能、高稳定和高速化方向发展，尤其是为适应表面组装技术（）的需要，使功能陶瓷元器件多层化，多层元件片式化、片式元件集成化、集成元件模块和多功能成为跨世纪的发展趋势。在电力半导体模块中，随着集成度的提高，体积减小，单位面积上的散热功耗增加，散热成为模块制造中的一个

4、关键问题。,Al2O3瓷基片,Al2O3，白色粉末，熔点为2050，密度为3.98g/cm3，主要晶型有：三种，在自然界存储仅次于SiO2，以铝硅酸盐形式存在。,氧化铝高压电器开关,Al2O3陶瓷基片,Al2O3陶瓷基片、器件连接示意图（传统模块）,Al2O3陶瓷基片的性能,Al2O3基片是目前各类电路元件最常用的一种陶瓷基片，国内每年的需求超过100万平方米，90以上仍然依靠进口。优点：绝缘好，高温强度好（保持到1000，比钢、铸铁都好），介电系数小，导热尚可，综合性能好，性价比高。缺点：导热性稍差，难与硅晶体匹配（Si热膨胀系数3.410-6/）,Al2O3衬底材料（陶瓷金属复合材料）,D

5、BC(directing bonding copper,高密度的集成电路需要散热和热控制措施到位，于是高绝缘、高热导的SiC瓷与AlN瓷被研究与开发并得到广泛的应用，它们不但绝缘电阻和热导率令人满意，而且热膨胀系数与单晶硅也匹配得相当好。,BeO基片,共价键强，纤锌矿结构，熔点2570,；绝缘电阻高；高的导热率B-99:310WmK;缺点：共价键强，烧结温度高，BeO粉末毒性强；,SiC陶瓷基片,IBM预测到2007年线宽将达到0.10微米，而现在的为0.25微米左右，那时所发的热量足以使基片熔化。随着电子工业的发展，集成电路、大规格集成电路以及超大规模集成电路相继问世，这类电路需要绝缘性能、

6、导热性能、热膨胀匹配性能、高频性能及快速响应性能等一系列性能优良的绝缘陶瓷作为电路的基片与封装材料。特别是近10年来，由于高集成度、高信号速度电路的出现，在一块小小的硅片上安放37000000个晶体管。,1第三布线层；2第二介质层；3第二布线层；4第一介质层；5埋置电阻；6互连通孔；7第一布线层；8陶瓷基片。,厚膜多层布线基板的结构,AlN陶瓷基片,氮化铝陶瓷是新一代大规模集成电路、半导体模块电路及大功率器件的理想散热和封装材料；热导率高，200W/（mk)；膨胀系数小，与硅片匹配；介电系数低；缺点:需热压烧结,氮化铝陶瓷基版,绝缘陶瓷的其他应用,集成电路封装材料 为了保护集成电路免受外部条件

7、的影响，如物理损伤、化学腐蚀以及电气环境的影响，通常把集成电路封装在某种集成电路的管壳内。,所谓封装是指将半导体集成电路芯片可靠地安装到一定的外壳上，封装用的外壳不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁，即芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接。因此，封装对集成电路和整个电路系统都起着重要的作用。,BLP（Bottom Lead PacKage）底部引交封装,DIMM（dual in-line memory module）双内置存储模型,汽车火花塞,凡是汽油发动机上都有火花塞，火花塞的作用

8、是把点火线圈产生的高压电（1万伏特以上）引入发动机气缸，在火花塞电极的间隙之间产生火花点燃混合气。火花塞的工作环境极为恶劣，以一台普通四冲程汽油机的火花塞为例，在进气冲程时温度只有60，压力90KPa；而在点火燃烧时，温度会瞬间上升至3000，压力达到4000KPa；这种急冷急热的交替频率很高，不是一般材料所能应付得了，还要保证绝缘性能，因此对火花塞的材料要求也就很苛刻。,汽车火花塞,它有绝缘体和金属壳体两大组成部分：金属壳体带有螺纹，用于拧入气缸；在壳体内装有绝缘体，它里面贯通着一根中心电极、中心电极一端有接线螺母，连接从分电盘过来的高压电线；在壳体的下端面焊有接地电极，中心电极与接地电极之间有0.61.0毫米的间隙，高压电经过这个间隙入地就会迸发出火花点燃混合气。,三、电力系统的绝缘陶瓷,闸刀、开关、绝缘子,隔离开关,