一、晶體結(jié)構(gòu)

氧化鋁（Al?O?）陶瓷的主要成分是鋁和氧，其性能基礎(chǔ)源于其穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)。

• 主要晶相：α-Al?O?，也稱為剛玉。這是氧化鋁所有晶型中穩(wěn)定、致密的一種，所有高溫處理的氧化鋁陶瓷終都是轉(zhuǎn)化為這種結(jié)構(gòu)。

• 結(jié)構(gòu)類型：六方密堆積（HCP）。

  • 氧離子（O2?） 構(gòu)成六方緊密堆積的骨架。

  • 鋁離子（Al3?） 填充在由氧離子圍成的八面體空隙中，但只填充了其中的2/3。

• 鍵合方式：離子鍵為主，共價(jià)鍵為輔。Al和O之間的電負(fù)性差異較大，形成了強(qiáng)大的離子鍵，這使得α-Al?O?具有高硬度、高熔點(diǎn)、高化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度。

• 微觀形態(tài)：在燒結(jié)良好的氧化鋁陶瓷中，α-Al?O?晶體呈現(xiàn)為均勻分布的等軸晶粒。晶粒尺寸和分布是影響其力學(xué)性能和熱學(xué)性能的關(guān)鍵因素。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，其晶體結(jié)構(gòu)可以想象為一個(gè)非常堅(jiān)固、排列極其緊密的“蜂窩”，鋁原子和氧原子通過(guò)強(qiáng)大的作用力緊密結(jié)合在一起，這使得氧化鋁陶瓷具備了作為基板材料的先天優(yōu)勢(shì)。

二、性能特點(diǎn)

氧化鋁陶瓷基板能成為電子基板的“常青樹(shù)”，得益于其綜合的優(yōu)良性能：

1. 優(yōu)異的電絕緣性：

   • 體積電阻率高（>101? Ω·cm），即使在高溫、高頻下仍能保持良好的絕緣性能。

   • 介電強(qiáng)度高（10-25 kV/mm），耐高壓擊穿。

2. 良好的機(jī)械性能：

   • 高機(jī)械強(qiáng)度：抗彎強(qiáng)度高（300-400 MPa），足以支撐其上安裝的芯片和元件，并耐受工藝過(guò)程中的機(jī)械應(yīng)力。

   • 高硬度（莫氏硬度9，僅次于金剛石和碳化硅），耐磨性好。

3. 耐熱性和熱穩(wěn)定性：

   • 高熔點(diǎn)（約2050°C），可在高溫環(huán)境下長(zhǎng)期工作。

   • 熱膨脹系數(shù)（CTE，~7.0×10??/°C）與硅（Si，~3.5×10??/°C）較為接近，這對(duì)于半導(dǎo)體芯片的直接貼裝至關(guān)重要，可以減少熱應(yīng)力帶來(lái)的失效。

   • 抗熱震性較好（但不如氮化鋁或碳化硅）。

4. 良好的導(dǎo)熱性：

   • 雖然不如氮化鋁（AlN）或氧化鈹（BeO），但96% Al?O?的熱導(dǎo)率約為25 W/(m·K)，遠(yuǎn)高于普通玻璃和樹(shù)脂基板，足以滿足大多數(shù)中、低功率器件的散熱需求。純度越高，導(dǎo)熱性越好。

5. 化學(xué)穩(wěn)定性：

   • 耐腐蝕，抗氧化，不與大多數(shù)強(qiáng)酸強(qiáng)堿（除氫氟酸和熱濃硫酸外）反應(yīng)。

   • 不易與金屬化漿料發(fā)生反應(yīng)，工藝兼容性好。

6. 缺點(diǎn)與局限性：

   • 導(dǎo)熱性有上限：對(duì)于現(xiàn)代高功率密度器件（如IGBT、大功率LED），其導(dǎo)熱能力成為瓶頸，正逐漸被氮化鋁（AlN） 和氮化硅（Si?N?） 等先進(jìn)陶瓷替代。

   • 脆性大：本質(zhì)是陶瓷，不耐沖擊，易碎裂。

   • 加工困難：燒結(jié)后硬度高，只能通過(guò)金剛石砂輪進(jìn)行研磨切割，加工成本高，且難以制作復(fù)雜形狀。