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氧化鋯增韌氧化鋁（ZTA）基板的特點(diǎn)及應(yīng)用

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氧化鋯增韌氧化鋁（ZTA）基板的特點(diǎn)及應(yīng)用

陶瓷基板的材料種類很多，有氧化鋁、氧化鈹、氮化鋁、氮化硅等。氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷（Zirconia Toughened Aluminum，ZTA）是以Al2O3為基體，部分穩(wěn)定ZrO2為增韌相的一種復(fù)合相陶瓷材料。由于ZTA陶瓷具有優(yōu)異的散熱性、絕緣性、抗熱震性和機(jī)械強(qiáng)度，ZTA陶瓷覆銅基板廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車IGBT、LED等領(lǐng)域。

1、氧化鋯增韌氧化鋁的增韌機(jī)制

氧化鋁以其高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨、抗氧化及抗熱震等優(yōu)異性能，在機(jī)械、電子、化工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但氧化鋁的斷裂韌性較低，抗沖擊能力差，限制了其更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用。通過在氧化鋁基體中添加增韌材料，可明顯改善這一現(xiàn)象。其中氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷被證明具有較好的增韌效果。
氧化鋯增韌氧化鋁（ZTA）基板的特點(diǎn)及應(yīng)用
圖源：誠(chéng)創(chuàng)
氧化鋯的增韌機(jī)制一般認(rèn)為有應(yīng)力誘導(dǎo)相變、微裂紋增韌、彌散增韌、壓縮表面韌化等：
1）應(yīng)力誘導(dǎo)相變
應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g是利用應(yīng)力誘導(dǎo)四方ZrO2馬氏體相變來改變陶瓷材料的韌性。ZrO2在室溫下為單斜晶系，當(dāng)溫度達(dá)到1170℃時(shí)，由單斜晶系轉(zhuǎn)化為亞穩(wěn)態(tài)的四方晶型，在應(yīng)力作用下，亞穩(wěn)態(tài)的四方晶型ZrO2可誘發(fā)相變重新轉(zhuǎn)化為單斜晶型。當(dāng)ZrO2顆粒的尺寸足夠小，在室溫時(shí)，ZrO2仍保持四方相，當(dāng)受到外應(yīng)力時(shí)，裂紋尖端前部區(qū)域的四方ZrO2發(fā)生相變，吸收能力，引起體積膨脹，阻止裂紋擴(kuò)展。
氧化鋯增韌氧化鋁（ZTA）基板的特點(diǎn)及應(yīng)用
2）微裂紋增韌
在一定條件下，相變引發(fā)體積膨脹在基體中引起均勻分散又不互相連接的微裂紋，增加材料的斷裂表面能，吸收主裂紋擴(kuò)展的能力，達(dá)到增加斷裂韌性的效果。
氧化鋯增韌氧化鋁（ZTA）基板的特點(diǎn)及應(yīng)用
3）彌散增韌
不改變裂紋尺寸的情況下，添加四方氧化鋯和立方氧化鋯的氧化鋁，使得裂紋擴(kuò)展路徑曲折、分叉，吸收更多能量，斷裂韌性有所提高。
4）壓縮表面韌化
研磨相變韌化ZrO2的表面，可以使表面層的四方相ZrO2顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕?，并產(chǎn)生體積膨脹，形成壓縮表面層，抵消一部分外加拉應(yīng)力，從而強(qiáng)化陶瓷。

2、氧化鋯增韌氧化鋁基板的特點(diǎn)

1）高強(qiáng)度，強(qiáng)度是一般氧化鋁基板的兩倍以上；

2）與氧化鋁基板和氮化鋁基板相比，擁有1.5倍以上的彎曲強(qiáng)度；
3）比一般氧化鋁基板及氮化鋁基板有更高的反射率；
4）可以承受嚴(yán)苛的熱沖擊測(cè)試；
5）絕佳的基板表面質(zhì)量。以均質(zhì)的微細(xì)的微結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)出色的表面粗糙度；
6）與氧化鋁基板相比，擁有1.2倍的熱傳導(dǎo)性。
7）擁有高電絕緣性，介電常數(shù)??；
8）與硅相近的熱膨脹系數(shù)；
9）DBC?ZTA陶瓷基板制造成本與DBC標(biāo)準(zhǔn)氧化鋁陶瓷基板相近，比氮化物陶瓷基板低。

3、氧化鋯增韌氧化鋁基板的應(yīng)用

ZTA 基板與普通 Al2O3 基板相比具有良好的彎曲強(qiáng)度，主要用于長(zhǎng)壽命和高可靠性的應(yīng)用。在大功率電動(dòng)汽車、航天航空和軍工等先進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域中，需要使用強(qiáng)大載流和散熱能力的陶瓷基板。在大功率LED燈的應(yīng)用中，也需要使用高反射率和高耐電壓沖擊強(qiáng)度的陶瓷基板。ZTA基板通過摻雜鋯的氧化鋁陶瓷提高了可靠性，耐腐蝕、化學(xué)穩(wěn)定性好，具有高斷裂韌性和抗彎強(qiáng)度、高耐溫能力、高載流容量、高絕緣電壓、高熱容與熱擴(kuò)散能力以及與硅相近的熱膨脹系數(shù)，使其成為DBC陶瓷覆銅基板和LED線路板急需的高性能陶瓷材質(zhì)電路載體。
應(yīng)用領(lǐng)域:
  • 高功率電源模塊，如IGBT模塊用基板
  • LED 封裝用基板
ZTA陶瓷覆銅基板相關(guān)廠商有：羅杰斯、賀利氏電子、富樂華、韓國(guó)KCC、博敏電子、日本礙子、展至電子等。
為加強(qiáng)陶瓷基板及其封裝行業(yè)上下游交流聯(lián)動(dòng)，艾邦建有陶瓷基板產(chǎn)業(yè)群，歡迎涉及汽車、LED、5G、陶瓷封裝、陶瓷管殼、陶瓷基板及覆銅板生產(chǎn)企業(yè)；氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、氧化鈹、玻璃粉等陶瓷材料企業(yè)；金屬銅箔、金屬焊料、金屬漿料等材料企業(yè)；陶瓷粉體生產(chǎn)配制設(shè)備、陶瓷流延機(jī)、拋光研磨設(shè)備、打孔設(shè)備、填孔設(shè)備、印刷機(jī)、鍍膜設(shè)備、顯影設(shè)備、燒結(jié)爐、釬焊爐、X-RAY、AOI、超聲波掃描顯微鏡、自動(dòng)化組裝等。