标签: 氧化铝陶瓷基板

随着无线通信技术的快速发展，射频系统在各种领域中的应用越来越广泛。然而，射频系统在传输信号的同时，也会产生各种干扰，这些干扰会影响信号的质量和传输效率。为了解决这一问题， 氧化铝陶瓷基板 微带带阻滤波器被广泛应用于射频系统中，以抑制不必要的干扰。 背景知识 射频系统干扰抑制的相关知识包括理论知识和实验研究。理论知识包括滤波器的设计原理、参数计算、材料选择等；实验研究包括阻抗谱、信噪比、失真度等性能评估方法。 图1：微带滤波器和耦合电路完整设计 设计原理 1. 频率范围：一般在1MHz至1GHz之间。其具体频率范围取决于滤波器的设计结构和电路元件的参数。 2. 带阻特性：通过在特定频段内产生电抗耦合来实现的。其带阻曲线通常呈现对称的钟形，具有较高的带外抑制和较低的插入损耗。 制造工艺 1. 陶瓷基板制备：斯利通氧化铝陶瓷基板的制备过程包括陶瓷粉末的制备、压制成形、烧结和加工等步骤。其中，陶瓷粉末的制备是关键环节，需要控制其粒度和纯度以确保基板的性能。 2. 金属电路制备：金属电路的制备过程包括光刻、溅射、蒸镀等工艺技术。这些工艺技术需要精确控制电路的形状、尺寸和厚度，以确保滤波器的性能。 3. 表面处理：滤波器的表面处理包括涂覆或封装，通常采用高分子材料或金属材料进行封装。表面处理可以保护滤波器免受环境影响，提高其耐腐蚀性和耐磨性。 图2：声表面波滤波器原理 性能评估 1. 阻抗谱：阻抗谱是通过网络分析仪进行测量的，通常采用S参数（散射参数）表示。通过测量滤波器在不同频率下的反射系数和传输系数，可以绘制出阻抗谱曲线，以评估滤波器在不同频率下的匹配性能。 2. 插入损耗：插入损耗是评估滤波器性能的重要指标之一，通常采用衰减量来表示。插入损耗越小，说明滤波器对信号的衰减程度越小，传输效率越高。 3. 信噪比：信噪比是评估滤波器对噪声抑制能力的重要指标之一，通常采用信号强度与噪声强度的比值来表示。信噪比越高，说明滤波器对噪声的抑制能力越强，信号质量越好。 4. 失真度：失真度是评估滤波器对信号线性度和稳定性的重要指标之一，通常采用谐波失真和互调失真来表示。失真度越小，说明滤波器对信号的线性度和稳定性越好，输出信号质量越高。 应用前景 1. 无线通信领域：广泛应用于手机和基站等设备的接收和发射端口，用于抑制带外干扰和噪声，提高通信质量和稳定性。 2. 航空航天领域：导航和雷达等设备的接收和发射端口，用于提高设备的抗干扰能力和可靠性，保障飞行安全。 3. 军事领域：电子对抗和军用雷达等设备的接收和发射端口，用于提高设备的保密性和战斗力，提高作战能力。 4. 工业控制领域：机器人和自动化设备的接收和发射端口，用于提高设备的稳定性和可靠性，提高生产效率和质量。 5. 医疗设备领域：监护仪和超声仪等设备的接收和发射端口，用于提高设备的精度和稳定性，提高医疗诊断的准确性和可靠性。 随着科技的不断进步和创新，氧化铝陶瓷基板微带带阻滤波器的应用领域还将不断拓展，其设计和制造技术也将不断优化和完善。未来，随着新材料的不断研发和应用，氧化铝陶瓷基板微带带阻滤波器可能会面临新的挑战和机遇，但其作为射频系统干扰抑制的重要器件，其应用前景仍然十分广阔。 斯利通氧化铝陶瓷基板 本文介绍了斯利通 氧化铝陶瓷电路板 微带带阻滤波器的设计和制造方法，包括设计原理、制造工艺、性能评估和应用前景等方面。该类滤波器在射频系统干扰抑制领域具有广泛的应用前景，可应用于无线通信、航空航天、军事、工业控制和医疗设备等领域。通过不断的技术创新和完善制造工艺，有望进一步提高滤波器的性能和可靠性，为射频系统的稳定运行提供有效保障。

半导体制冷片 是一种基于半导体材料热电效应原理制冷的装置。它由一系列电子元件（如P型半导体、N型半导体等）组成，当电流通过这些元件时，会发生热电效应，产生冷热差，从而使制冷片一侧的温度下降，另一侧的温度上升，实现制冷效果。传统半导体制冷片通常体积较大，制冷量有限，主要用于小型制冷设备或电子器件中的温度控制。微型半导体制冷片是一种新型的制冷技术，它通常是采用微电子加工技术将半导体材料和制冷结构制成微米级别的微型制冷装置，其体积小、效率高，可以实现更精确的温度控制。与传统的制冷片相比，微型半导体制冷片具有更小的尺寸和更低的功率需求，通常用于微型电子设备的散热和温度控制。 微型半导体制冷片的工作原理与传统的半导体制冷片相同，只是由于其尺寸更小，需要更高的制冷精度和更好的散热性能。帕尔帖效应是半导体制冷片的理论原型，1834年法国人帕尔帖发现当电流流经两个不同导体形成的接触点时，电子能级会发生跳跃，这种现象被叫做帕尔帖效应。由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量；相反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收能量。能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。如果将热电偶的闭合回路改成如图所示，就可以获得一个完全相反的现象，我们称之为珀尔帖效应。 当在两个节点T1和T2输入一个电压Vin，回路中会产生一个相应的电流I。接头A处的热量会被吸收，从而产生一个微弱的制冷现象，而在另一个接头B处，随着热量流入，温度会升高。鉴于这个效应是可逆的，所以如果将电流反向，热流的方向也随之反向。珀尔帖效应的数学公式可以表示成：Qc或者Qh=pxy×I，其中，pxy代表两种材料x和y的珀尔帖系数之差，单位是V； I是电流，单位是A；Qc和Qh分别代表制冷和加热的速率，单位是w。随着电流的流动，导体中同时也会产生焦耳热，大小可以用I2R（R是电路中的电阻）表示。这个焦耳热效应与珀尔帖效应相反，将导致制冷器制冷效果的降低。 半导体制冷片的主要制冷组件是N、P两种半导体材料，当电子从低能量的P型材料流向高能量的N型材料时，电子会从低能级向高能级跳跃，这时表现为电子需要吸热，从而在这个节点处形成冷面（制冷片的冷面）；相反当电子从高能量的N型材料流向低能量的P型材料时，电子会从高能级向低能级跳跃，这时表现为电子需要放热，从而在这个节点处形成热面（制冷片的热面）。如图所示，制冷片是由NP型热电材料组成的电路（一般为串联电路）。 目前商业化的碲化铋基热电材料的帕尔帖效应最为明显，即电子能级跳跃的更高，相应的制冷效率更高。在全世界范围内，普遍商业化的半导体制冷片还是碲化铋基为主（以碲化铋为基材，做不同的掺杂形成P级和N级）。 基于以上物理效应，微型制冷片是为小尺寸和大电压输入应用而特别设计的，采用高强度碲化铋热电材料和高导热高绝缘陶瓷基板组装而成，适合于高电压、低电流、小尺寸的应用场合。目前，微型半导体制冷片的技术正在不断发展，其应用前景也非常广阔。微型制冷片的工艺要求非常高，主要包括以下几个方面： 1.材料选择：微型制冷片的材料需要满足制冷性能、可靠性、机械强度、耐腐蚀性等多方面的要求。微型制冷片的封装基板材料对其性能和稳定性有着重要的影响，目前常用的封装基板材料主要包括氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷等。而 氮化铝陶瓷基板 由于其具有以下优点，因此被广泛地用于微型制冷片的制备中：a.热导率高：氮化铝陶瓷具有较高的热导率，可以更有效地散热，从而提高微型制冷片的制冷效率。b.热膨胀系数低：氮化铝陶瓷的热膨胀系数比氧化铝低，因此更适合与制冷芯片进行配合，可以有效减小由于热膨胀系数不匹配导致的热应力和热裂纹的问题。c.化学稳定性好：氮化铝陶瓷具有良好的化学稳定性，可以耐受多种酸、碱和有机溶剂等化学介质的腐蚀，从而延长微型制冷片的使用寿命。d.机械强度高：氮化铝陶瓷的机械强度和硬度高，不易发生破裂和变形等问题，可以保证微型制冷片的稳定性和可靠性。 2.制备工艺：微型制冷片的制备需要采用微纳加工技术，如光刻、薄膜沉积、离子注入等。同时需要保证加工的精度和一致性，以及降低工艺中产生的缺陷和污染。斯利通陶瓷在生产工艺中采用先进光刻胶膜，通过高精度曝光机对位显影，可实现线路对位精度控制在±10um，线路线宽线距公差控制在10%。 3.封装技术：微型制冷片的封装需要保证其稳定性和可靠性，同时也需要考虑散热问题。常见的封装材料包括环氧树脂、硅胶等。为了避免制冷性能的降低以及对制冷材料可能引起的电化学腐蚀，热电制冷器需要隔绝潮气。当温度降低到露点以下时，为了避免水汽渗入制冷器内部，应该安装有效的防潮密封保护。这层防潮保护层应该围绕着热电制冷器安装在散热片和被冷却物体之间。电子级RTV硅胶可以直接用作热电制冷器的防潮保护层。使用可变形的闭孔泡沫绝缘胶带或薄片材料，适当的结合RTV来填充空隙，就可以用来在被冷却物体和散热器之间形成保护层。 4.测试技术：对微型制冷片的测试需要使用高精度的测试设备和技术，如电学测试、热学测试等。热电制冷器的失效一般分为两种：早期失效和性能衰减。性能衰减一般是在长期使用之后由于半导体材料性能参数的变化或者接触电阻的增加所引起的。长期在高温下使用会引起半导体材料性能参数的变化从而降低制冷器的制冷性能。将热电制冷器在很宽的温度范围内进行持续的冷热循环，可以看成是对制冷器进行可靠性测试，特别是在循环过程中将制冷器的热端温度升高到很高的温度。这种失效一般表现为早期失效，而有时也会在失效之前观察到性能衰减。 总之，微型制冷片的制备需要高度精密和专业的加工和封装技术，并需要多种测试手段来保证其质量和性能。其中选择和优化制冷材料是关键因素之一。可以从以下方法着手A.选择合适的材料：半导体材料的热电性能与其化学成分、晶体结构、掺杂浓度和载流子迁移率等因素有关。通常选择热电性能好、稳定性高、成本低廉的材料。B.控制晶格缺陷：晶格缺陷会对材料的电子输运和热电性能产生负面影响。因此，需要对材料进行掺杂和表面处理等方法，以控制晶格缺陷。C.提高载流子迁移率：载流子迁移率是影响半导体材料热电性能的关键因素之一。通过控制掺杂浓度和晶格结构等方法，可以提高载流子迁移率。D.优化热电模块结构：热电模块结构的优化可以改善半导体材料的热电性能。例如，通过优化电极结构和电场分布等方法，可以提高热电模块的制冷效率。E.利用纳米材料：纳米材料具有较高的表面积和体积比，可以提高热电材料的能力。因此，利用纳米材料来制备半导体材料可以提高其热电性能。 由于微型制冷片具有体积小、高效、节能、环保等优点，被广泛应用于纳米技术、传感器、医疗设备等多个领域。比如电子设备领域：微型制冷片可以应用于高性能电子设备，如计算机芯片、激光器等，通过控制设备的温度，可以提高设备的性能和可靠性。光电设备领域：微型制冷片可以用于制冷光电探测器、半导体激光器等光电设备，提高其性能和灵敏度。生物医学领域：微型制冷片可以用于冷冻切片技术、冷冻保存、细胞培养等。通过快速降温可以减少细胞损伤，提高冷冻效果。汽车电子领域：微型制冷片可以用于制冷车载电子设备，如空调控制器、导航仪等。可以提高车载电子设备的工作效率和稳定性，同时减少汽车燃料的消耗。航空航天领域：微型制冷片可以用于卫星、飞机等高空设备的制冷和温控，提高设备的可靠性和性能。新能源领域： 微型制冷片 可以用于新能源技术，如太阳能电池板等，通过制冷可以提高太阳能电池的转化效率，减少能量损失。

“宣窑薄甚永窑厚，天下知名昊十九”。说到陶瓷，大家第一印象就是中国古代那些流传下来的美轮美奂的瓷器，代表着古代文化对于美好生活的一种追求，直到现在，家里装修的瓷板砖也会用到一些美妙的花纹去装饰。伴随着工业革命的到来和高科技技术的快速发展，人类发现了陶瓷具有优异的绝缘、耐腐蚀、耐高温、硬度高、密度低、耐辐射等诸多优点，从而拓展了陶瓷在工业领域的应用，彰显了陶瓷在人类历史文明长河的重要作用。 陶瓷的主要成分是三氧化二铝，化学式Al2O3，这是一种高硬度的化合物，熔点为2054℃，沸点为2980℃，在高温下可电离的离子晶体，常用于制造耐火材料。 氧化铝陶瓷 根据其氧化铝含量的不同可分为99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品种，其中大于85瓷的又被称为高铝瓷，大于99瓷的又被称为刚玉瓷。99%氧化铝瓷材料通常用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料，如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等；95%-96%氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件及电路基板。 工业上主要使用的氧化铝材料是α-氧化铝，Al3+与O2-之间为强固的离子键；O2-阴离子近似于密排六方排列；Al3+阳离子占据了2/3的八面体空隙位置，即每个Al3+位于6个O2-构成的八面体的中心。 因为a-Al2O3结构的填充极为密实，其物理性能，化学性能稳定， 具有密度高、机械强度大等特性：优良的电绝缘（1×10 14〜1×10 15 Ω厘米）;中至超高机械强度（300至630 MPa）；极高的抗压强度（2000至4000 MPa）；高硬度（15至19 GPA）；中导热率（20至30 W / MK）;高腐蚀和耐磨性；良好的研磨性能；低密度（3.75至3.95 g / cm3）；无机械负载时的工作温度为1000至1500°C；生物惯性，食品相容性。 氧化铝陶瓷被用来制作陶瓷电路板的基板材料，除了具备传统线路板的电互通作用外，还有以下优良的性质： 1.优良的机械强度； 2.良好导热特性，适用于高温环境； 3.具有耐抗侵蚀和磨耗性； 4.高电气绝缘特性； 5.良好表面特性，提供优异平面度与平坦度； 6.抗震效果佳； 7. 低曲翘度； 8.高温环境下稳定性佳； 9.可加工成各种复杂形状。 各种化学性能、热学性能、电学性能参数如下：

随着芯片输入功率的不断提高,芯片体积不断地缩小，这给封装材料提出了更新、更高的要求。众所周知，芯片对热量是十分敏感的。在设备散热通道中，基板是连接内外散热通路的关键环节，兼有散热通道、电路连接和对芯片进行物理支撑的功能。 倘若不能及时的将热量发散，保持芯片低于其最大工作温度，将直接影响芯片的使用寿命，甚至不能使用。正因为如此，对高功率半导体产品来讲，基板必须具有高电绝缘性、高导热性、与芯片匹配的热膨胀系数等特性。那么，什么样的陶瓷基板更适合大功率封装，更符合未来的发展方向呢？ 要在几种陶瓷基板材料中分出胜负，首先要明白陶瓷基板对材料有哪些要求。 在介绍氮化铝和氧化铝之前，我们先来介绍另外一种基板 BeO（氧化铍陶瓷基板） BeO晶体的晶格常数为a=2.695，c=4.390，是碱土金属氧化物中唯一的六方纤锌矿结构(Wurtzite)。由于BeO具有纤锌矿型和强共价键结构，而且相对分子质量很低，因此，BeO具有极高的热导率。纯度为99%以上、致密度达99%以上的BeO陶瓷，其室温热导率可达310W/(m·K)，与金属材料的热导率十分相近。而且随着BeO含量的提高，其热导率增大。但是BeO本身的毒性严重影响了他的发展。 因此，从性能、成本和环保等方面考虑，BeO不能作为今后大功率器件发展最理想材料。 Al2O3（氧化铝陶瓷基板）与AlN（氮化铝陶瓷基板）的终极对决 Al2O3 Al2O3陶瓷基板综合性能较好，是目前应用成熟，使用范围广阔的陶瓷基板。Al2O3原料丰富、价格低，强度、硬度高，耐热冲击，绝缘性、化学稳定性、与金属附着性良好。增加基板中Al2O3的含量，可以提高其综合性能，在Al2O3中掺入Ag、Ag-Pd等金属导体或低熔玻璃，既可以降低烧结温度又可以减小介电常数。但这么做的代价就是其烧结所需的温度也会升高，制造成本相应提高。 长期以来，Al2O3都是封装中主要使用的基板材料。但相对于其他基板，Al2O3的热导率相对较低的缺点使它难以满足未来封装的需要。行业需要一种更加先进，散热系数更高的陶瓷基板。 AlN 氮化铝是兼具良好的导热性和良好的电绝缘性能少数材料之一，且具备以下优点： （1）氮化铝的导热率较高，室温时理论导热率最高可达320W/(m·K)，是氧化铝陶瓷的8～10倍，实际生产的热导率也可高达200W/(m·K)，有利于芯片中热量散发，提高设备性能； （2）氮化铝线膨胀系数较小，理论值为4.6×10-6/K，与半导体常用材料Si、GaAs的热膨胀系数相近，变化规律也与Si的热膨胀系数的规律相似。另外，氮化铝与GaN晶格相匹配。热匹配与晶格匹配有利于在大功率设备制备过程中芯片与基板的良好结合，这是高性能大功率封装质量的保障。 （3）氮化铝陶瓷的能隙宽度为6.2eV，绝缘性好，应用于大功率封装时不需要绝缘处理，简化了工艺。 （4）氮化铝为纤锌矿结构，以很强的共价键结合，所以具有高硬度和高强度，机械性能较好。另外，氮化铝具有较好的化学稳定性和耐高温性能，在空气氛围中温度达1000℃下可以保持稳定性，在真空中温度高达1400℃时稳定性较好，有利于在高温中烧结，且耐腐蚀性能满足后续工艺要求。 氮化铝各方面性能同样也非常全面，尤其是在电子封装对热导率的要求方面，氮化铝优势巨大。唯一不足的是，较高成本的原料和工艺使得氮化铝陶瓷价格很高，这是制约氮化铝基板发展的主要问题。但是随着氮化铝制备技术的不断发展，其成本必定会有所降低，氮化铝陶瓷基板在大功率封装领域大面积应用指日可待。

电子行业的长期实践证明，电子元器件的过热是设备不稳定乃至发生故障的主要原因之一。高温环境下，大多数电子设备的正常工作受到严重的影响，高温容易导致导致电子元器件的使用周期收缩。当设备工作环境的温度超过设备的极限值时，元器件的使用寿命也就到头了。国外统计资料表明，电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10%。温升50℃时的寿命只有温升25℃时的1/6。据统计，5%以上的电子产品失效是由于热管理不当所致。 近年来，随着电子技术的飞速发展，大规模集成电路得到广泛使用，集成化器件的功能日趋复杂，输出功率不断加大。电子设备，特别是当下物联网下游产业链中相关的电子产品，手机、电脑、智能家居，手表、运动手环等等，由于小型化和机动性的需要，要求缩小器件的封装体积，电子设备的结构设计朝着超小型组装方向发展，器件的封装密度也就随之增高，与此同时单位面积所需耗散的功率不断增大，电子元器件散发的热量相应增加，热流密度也成倍增加。如何有效地降低电子元器件的温升，尤其是降低密封小体积内的电子元器件的温升，这就对电子元器件的封装提出了更高的要求。 陶瓷封装基板属于封装材料，是集成电路产业链封测环节的关键载体，不仅为芯片提供支撑、散热和保护作用，同时为芯片与PCB之间提供电子连接。封装材料中封装基板占比 46%左右， 是集成电路产业链中的关键配套材料。而先进陶瓷在电子封装上的应用，很大一方面的解决了芯片热管理的问题。 先进陶瓷材料又称精密陶瓷材料，是指采用精制的高纯、超细的无机化合物为原料及先进的制备工艺技术制造出的性能优异的产品。氧化铝（Al2O3）陶瓷具有原料来源丰富、价格低廉、绝缘性高、耐热冲击、抗化学腐蚀及机械强度高等优点，是一种综合性能较好的陶瓷基片材料，占陶瓷基片材料总量的80%以上。经中科院上海硅酸盐研究所测定，氧化铝（Al2O3）陶瓷的洛氏硬度为HRA80-90硬度仅次于金刚石远远超过耐磨钢和不锈钢的耐磨性能。经中南大学粉末冶金研究所测定，氧化铝（Al2O3）陶瓷的耐磨性相当于锰钢的266倍 高铬铸铁的171.5倍。氧化铝（Al2O3）陶瓷密度为3.5g/cm3，仅为钢铁的一半，可大大减轻设备负荷。 陶瓷基板恰好能满足中高端芯片的性能要求，并且已经在家电照明、信息通信、传感器等领域的中高端产品中得到了良好的应用，是新一代大规模集成电路以及功率电子模块的理想封装材料。陶瓷基板的使用为电子和半导体行业提供了动力。斯利通氧化铝陶瓷基板采用DPC薄膜技术，利用磁控溅射的方法将铜与陶瓷基板牢牢地结合起来，陶瓷电路板的金属结晶性能好，平整度好、线路不易脱落，并具有可靠稳定的性能，从而有效提升芯片与基板的结合强度。 氧化铝陶瓷基板可进行高密度组装（线/间距(L/S)分辨率可以达到20μm）且支持来图定制，是物联网环境下设备实现设备集成化、微型化的好帮手。