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电阻为何需要用陶瓷基板?电阻陶瓷基板一般都有哪些?

电阻陶瓷基板

在很多高电流和高电压领域电阻起到的作用非常的大,可以有效的缓解电流电压过大产生的热量和应力,帮助元器件更好的正常运行。今天小编就来分享一些电阻为何使用陶瓷基板?电阻陶瓷基板一般都有哪些?

一,陶瓷基板的优异性能让电阻陶瓷基板受用广泛

陶瓷基板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。

陶瓷基板的优异性能

DBC陶瓷基板.JPG

无论是薄膜还是厚膜电阻,陶瓷基板的机械性能和电器性能对电阻的膜层很大的影响作用,主要体现在以下几个方面:

 陶瓷基板的介电损耗

      对于基板材料来说,还有一个重要特性——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:

 20201225180547.png

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。

       陶瓷基板的表面粗糙度

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。而表面粗糙度参数,对电阻膜层的连续性有重要影响。举一个极端例子:对于薄膜电阻器而言,若薄膜膜层厚度仅为200?~400?(0.02um~0.04um),此厚度的膜层覆盖在1um(10000?)的粗糙表面上,电阻元素沿高山和深谷蔓延,而非均匀分布,结果是电阻器的实际阻值和标称阻值差异很大,有较大可能形成不完全的、断裂的、有裂纹的不连续膜。

LED氮化铝陶瓷基板.jpg

陶瓷基板的热导率

一些大功率应用中,要求陶瓷基板具有很好的散热性能,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。

介电常数

000.jpg 

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,箔片的热膨胀系数与陶瓷基板的热膨胀系数需经过严格的测算和匹配,才能实现极低的温度系数,因此基板的热膨胀系数是重点考量的因素。

电阻陶瓷基板一般常用的分为哪些?

电阻氧化铝陶瓷基板:

1. 从现实情况来看,电阻器中使用最广泛的是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成分较多,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。


陶瓷基板的优异性能.jpg

      2.电阻氮化铝陶瓷基板:

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,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。

以下是图2:AIN氮化铝陶瓷基板热导率与原料中氧含量的关系以及图3|:氮化陶瓷基板与氧化铝陶瓷基板特性对比。


AIN热导率与原料含量的关系.jpg

氧化铝和氮化铝陶瓷基板特性对比.jpg

3.关于氮化铍陶瓷基板:

      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,存在环境污染问题。因此现在多用氧化铝陶瓷基板和氮化铝陶瓷基板。

                                                                                                                                   部分数据来源:开步电子微服平台

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


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