功率模块的衬底选择标准
电气特性
高体电阻率：＞1012Ω/cm
高介电强度：＞200V/mil (1mil=0.0254mm)
低介电常数：＜15
热特性
高导热率：有效热传导＞30W/m·K
与半导体芯片的热膨胀系数较为匹配：一样平常选择在
2~6×10-6/℃
高耐温：一样平常能够知足后续加工工艺的最大温度
机器特性
高抗拉强度：＞200MPa
高抗弯强度：＞200MPa
硬度较合理
机器可加工性：易于磨削、抛光、切削和钻孔等
可金属化：适用于较为常见的金属化技能，如薄膜和厚膜工艺、电镀铜等等，这段我们下篇聊
化学特性
耐酸、碱及其他工艺溶液的堕落
低吸水率、空隙小
无毒性
不会等离子化
密度
低密度：机器冲击能够最小化
成熟度
技能较为成熟
材料供应能够知足
本钱尽可能低，（说性价比高更为得当，毕竟不同的运用所能容许的本钱高低不同）
目前几种适用于功率半导体器件运用的绝缘衬底材料有下面几种：
❖陶瓷材料（3种）：Al2O3(96%,99%)、AlN、BeO
❖硅基衬底：Si3N4
个中属氧化铝较为常见，不过在功率半导体芯片等框架确定时，一些供应商会通过改变模块中的其他身分，来达到哀求，以是AlN和Si3N4也算常见。下面，我们来聊聊这几种绝缘衬底材料的利害。
一、氧化铝（Al2O3）
上风：
是绝缘衬底最为常用的材料，工艺相对较为成熟；本钱较低；性能能够知足我们上述的哀求；
劣势：
导热系数较低，热膨胀系数(6.0~7.2×10-6/℃)与半导体芯片(Si基的一样平常为2.8×10-6/℃)的热膨胀系数不算太匹配；高介电常数；抗酸性堕落性能一样平常；
以是，氧化铝适用于中、低功率器件；适宜高压和低本钱器件；适用于密封封装；99%的氧化铝性价比更高一些。
二、氮化铝（AlN）
上风：
热导率高，约为Al2O3的6倍，较为适宜大功率半导体器件的运用；AlN的热膨胀系数为4.6×10-6/℃，较为匹配芯片；性能同样知足我们上述的哀求；
劣势：
是一种较新的材料，但与氧化铝和氧化铍比较工艺还不算成熟；在其表面直接敷铜的难度较大，易发生热疲倦失落效；本钱约为氧化铝的4倍；并且在较高温度和较大湿度下可能会分解为水合氧化铝；
适宜大功率半导体器件的空想衬底之一，由于其机器断裂强度一样平常，运用时须要合金属底板合营利用。
三、氧化铍（BeO）
上风：
极其精良的热导率，约为Al2O3的8倍；同样适宜大功率半导体器件的运用；工艺成熟；
劣势：
无论是固态粉末还是气态都是有毒性的；热膨胀系数相对较大，约为7.0×10-6/℃；机器强度较差，只有Al2O3的60%旁边；本钱是氧化铝的5倍；
有毒性大大限定了这种材料的利用。
四、氮化硅（Si3N4）
上风：
热膨胀系数约为3.0×10-6/℃，与半导体芯片较为靠近；机器性能优胜：是Al2O3和AlN的2倍以上，是BeO的3倍；热导率高，是Al2O3的2.5倍；适宜大功率半导体的运用；高温强度高，抗热震性优秀；
劣势：
技能相对还没有那么成熟，以是供应商也相对有限；不适宜酸性环境下的运用；本钱是Al2O3的2~2.5倍；
对付大功率半导体器件的运用来说，Si3N4该当是目前最优的衬底材料，CTE和热导率较为上风，可靠性也较高。
以上4种绝缘衬底，最常见的氧化铝，最不常见的氧化铍，以及较为精良的碳化硅，很多厂家都在针对不同的运用来搭配不同的绝缘衬底，这一点能够在芯片技能发展的同时，间接地更大效率地发挥已有芯片的性能。
来源：中科院半导体所；作者：Disciples
