絕緣襯底主要是作為半導(dǎo)體芯片的底座，同時(shí)會在絕緣襯底上沉積導(dǎo)電材料、絕緣材料和阻性材料，還能形成無源的元器件。作為功率模塊機(jī)械支撐的結(jié)構(gòu)，需要能夠耐受不同的工作環(huán)境，并且需要有足夠的熱導(dǎo)率將芯片等產(chǎn)生的熱量快速傳遞出去。并且，一些后續(xù)的工藝，如薄膜，綁定，間距等等，需要絕緣襯底能夠擁有一個較為合理的平整度。

功率模塊的襯底選擇標(biāo)準(zhǔn)

電氣特性

高體電阻率：＞1012Ω/cm

高介電強(qiáng)度：＞200V/mil (1mil=0.0254mm)

低介電常數(shù)：＜15

熱特性

高導(dǎo)熱率：有效熱傳導(dǎo)＞30W/m·K

與半導(dǎo)體芯片的熱膨脹系數(shù)較為匹配：一般選擇在

2~6×10-6/℃

高耐溫：一般能夠滿足后續(xù)加工工藝的最大溫度

機(jī)械特性

高抗拉強(qiáng)度：＞200MPa

高抗彎強(qiáng)度：＞200MPa

硬度較合理

機(jī)械可加工性：易于磨削、拋光、切削和鉆孔等

可金屬化：適用于較為常見的金屬化技術(shù)，如薄膜和厚膜工藝、電鍍銅等等，這段我們下篇聊

化學(xué)特性

耐酸、堿及其他工藝溶液的腐蝕

低吸水率、空隙小

無毒性

不會等離子化

密度

低密度：機(jī)械沖擊能夠最小化

成熟度

技術(shù)較為成熟

材料供應(yīng)能夠滿足

成本盡可能低，（說性價(jià)比高更為合適，畢竟不同的應(yīng)用所能容許的成本高低不同）

目前幾種適用于功率半導(dǎo)體器件應(yīng)用的絕緣襯底材料有下面幾種：

?陶瓷材料（3種）：Al2O3(96%,99%)、AlN、BeO

?硅基襯底：Si3N4

其中屬氧化鋁較為常見，不過在功率半導(dǎo)體芯片等框架確定時(shí)，一些供應(yīng)商會通過改變模塊中的其他成分，來達(dá)到要求，所以AlN和Si3N4也算常見。下面，我們來聊聊這幾種絕緣襯底材料的優(yōu)劣。

一、氧化鋁（Al2O3）

優(yōu)勢：

是絕緣襯底最為常用的材料，工藝相對較為成熟；成本較低；性能能夠滿足我們上述的要求；

劣勢：

導(dǎo)熱系數(shù)較低，熱膨脹系數(shù)(6.0~7.2×10-6/℃)與半導(dǎo)體芯片(Si基的一般為2.8×10-6/℃)的熱膨脹系數(shù)不算太匹配；高介電常數(shù)；抗酸性腐蝕性能一般；

所以，氧化鋁適用于中、低功率器件；適合高壓和低成本器件；適用于密封封裝；99%的氧化鋁性價(jià)比更高一些。

二、氮化鋁（AlN）

優(yōu)勢：

熱導(dǎo)率高，約為Al2O3的6倍，較為適合大功率半導(dǎo)體器件的應(yīng)用；AlN的熱膨脹系數(shù)為4.6×10-6/℃，較為匹配芯片；性能同樣滿足我們上述的要求；

劣勢：

是一種較新的材料，但與氧化鋁和氧化鈹相比工藝還不算成熟；在其表面直接敷銅的難度較大，易發(fā)生熱疲勞失效；成本約為氧化鋁的4倍；并且在較高溫度和較大濕度下可能會分解為水合氧化鋁；

適合大功率半導(dǎo)體器件的理想襯底之一，由于其機(jī)械斷裂強(qiáng)度一般，應(yīng)用時(shí)需要合金屬底板配合使用。三、氧化鈹（BeO）

優(yōu)勢：

極其優(yōu)異的熱導(dǎo)率，約為Al2O3的8倍；同樣適合大功率半導(dǎo)體器件的應(yīng)用；工藝成熟；

劣勢：

無論是固態(tài)粉末還是氣態(tài)都是有毒性的；熱膨脹系數(shù)相對較大，約為7.0×10-6/℃；機(jī)械強(qiáng)度較差，只有Al2O3的60%左右；成本是氧化鋁的5倍；

有毒性大大限制了這種材料的使用。

四、氮化硅（Si3N4）

優(yōu)勢：

熱膨脹系數(shù)約為3.0×10-6/℃，與半導(dǎo)體芯片較為接近；機(jī)械性能優(yōu)越：是Al2O3和AlN的2倍以上，是BeO的3倍；熱導(dǎo)率高，是Al2O3的2.5倍；適合大功率半導(dǎo)體的應(yīng)用；高溫強(qiáng)度高，抗熱震性優(yōu)良；

劣勢：

技術(shù)相對還沒有那么成熟，所以供應(yīng)商也相對有限；不適合酸性環(huán)境下的應(yīng)用；成本是Al2O3的2~2.5倍；

對于大功率半導(dǎo)體器件的應(yīng)用來說，Si3N4應(yīng)該是目前最優(yōu)的襯底材料，CTE和熱導(dǎo)率較為優(yōu)勢，可靠性也較高。

以上4種絕緣襯底，最常見的氧化鋁，最不常見的氧化鈹，以及較為優(yōu)異的碳化硅，很多廠家都在針對不同的應(yīng)用來搭配不同的絕緣襯底，這一點(diǎn)能夠在芯片技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，間接地更大效率地發(fā)揮已有芯片的性能。

審核編輯：郭婷