氧化鋁陶瓷基片作為一種基板材料廣泛應(yīng)用于射頻微波電子行業(yè)，其介電常數(shù)高可使電路小型化，其熱穩(wěn)定性好溫漂小，基片強(qiáng)度及化學(xué)穩(wěn)定性高，性能優(yōu)于其他大部分氧化物材料，可應(yīng)用于各類厚膜電路、薄膜電路、混合電路、微波組件模塊等。

氧化鋁陶瓷基片可基于薄膜光刻工藝進(jìn)行電路加工，其精度可達(dá)到微米級(jí)別，許多無源器件可基于氧化鋁陶瓷基片進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于其介電常數(shù)相對(duì)一般PCB基板較高，設(shè)計(jì)而成的器件尺寸小，這在各類組件模塊小型化的發(fā)展趨勢(shì)中有著十分顯著的優(yōu)勢(shì)。氧化鋁陶瓷基片在微波射頻發(fā)展中扮演著重要的角色。

氧化鋁陶瓷基片根據(jù)純度可分為90瓷、96瓷、99瓷等不同的型號(hào)，主要區(qū)別在于基板摻雜量不同，摻雜量越少，基片純度越高，不同純度的氧化鋁陶瓷基片的電性能、機(jī)械性能都有一定的區(qū)別，純度越高的陶瓷片其介電常數(shù)越高，介質(zhì)損耗越低，其基板的光潔度越好。

比如，在頻率為1MHz的下，純度為99.6%的氧化鋁陶瓷片的介電常數(shù)為9.9，而純度為96%的氧化鋁陶瓷基片的介電常數(shù)為9.6，雖然二者介電常數(shù)只差零點(diǎn)幾，但在微波射頻設(shè)計(jì)中已經(jīng)是一個(gè)相當(dāng)大的誤差，同樣采用99瓷和96瓷加工而成的器件可能就因?yàn)榱泓c(diǎn)幾的介電常數(shù)而使器件的電性能有著質(zhì)的區(qū)別，一般來說純度越高的氧化鋁陶瓷基板其價(jià)格也相對(duì)較高。

氧化鋁陶瓷基片在電路中的應(yīng)用

① 薄膜微帶電路

采用氧化鋁陶瓷基板設(shè)計(jì)薄膜微帶電路，金層厚度可達(dá)3.5um，可使用金絲鍵合與外部電路連接，常見板材厚度為0.127mm、0.254mm、0.381mm、0.508mm，其傳輸頻率可達(dá)40GHz以上，滿足大部分微波射頻組件模塊的頻段需求，并且薄膜工藝制作的薄膜電路線路精度±5um，微波射頻領(lǐng)域常使用陶瓷基片進(jìn)行微帶傳輸線或者需求精度高的電路設(shè)計(jì)。

氧化鋁透明陶瓷基片

② 薄膜濾波器

采用氧化鋁陶瓷基板設(shè)計(jì)制作的薄膜濾波器頻率可高達(dá)40GHz，常應(yīng)用于各類微波組件模塊和系統(tǒng)中作為頻率選擇的功能單位。薄膜濾波器采用薄膜工藝加工，通過濺射、光刻、濕法或干法刻蝕、清洗、劃片得到薄膜濾波器基片，常見的交指型、發(fā)卡型、梳狀型、平行耦合線型、C型等多種結(jié)構(gòu)濾波器均可基于氧化鋁陶瓷基片進(jìn)行設(shè)計(jì)加工，可設(shè)計(jì)低通高通帶通帶阻等不同類型濾波器，由于氧化鋁陶瓷片介電常數(shù)大于一般PCB基板的介電常數(shù)，其制成的薄膜濾波器體積相較于一般微帶濾波器較小，制成的薄膜濾波器的電參數(shù)指標(biāo)良好。通常使用導(dǎo)電膠或者金錫共晶固定。

③ 薄膜負(fù)載

采用氧化鋁陶瓷基板設(shè)計(jì)薄膜負(fù)載，常應(yīng)用于微波電路的模塊組件的終端進(jìn)行匹配，吸收多余的反射功率。對(duì)于負(fù)載來講，阻值的加工精度是十分重要的，偏差越多則會(huì)越惡化最終的負(fù)載性能，由于薄膜工藝中氮化鉭膜層的方阻可控，因此可生產(chǎn)出精度較高的薄膜負(fù)載，且薄膜負(fù)載體積極小，對(duì)于組件模塊的小型化是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，通常使用導(dǎo)電膠或者金錫共晶固定在電路終端。

④ 薄膜均衡器

采用氧化鋁陶瓷基板設(shè)計(jì)薄膜均衡器，常應(yīng)用于微波電路的寬帶功率平坦度調(diào)整，通過改變集成的氮化鉭膜層方阻和圖形設(shè)計(jì)不同電阻值用于調(diào)節(jié)器件輸出波形，從而平衡前端的功率信號(hào)達(dá)到功率平坦度的調(diào)節(jié)效果。

⑤ 薄膜功分器

采用氧化鋁陶瓷基板設(shè)計(jì)薄膜功分器，常應(yīng)用于多路通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，本身具有按一定比例進(jìn)行功率分配的功能，一路輸入，可多路輸出。由于隔離電阻可以使用氮化鉭膜層設(shè)計(jì)成合適的阻值集成在薄膜電路中，這可避免微帶功分器的貼片電阻的焊接和貼片電阻的阻值不穩(wěn)定性使電路性能惡化，且薄膜功分器較容易實(shí)現(xiàn)多階超寬帶的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成的實(shí)物體積小，易于集成，性能良好。

⑥ 薄膜衰減器

采用氧化鋁陶瓷基板設(shè)計(jì)薄膜衰減器，常應(yīng)用于微波射頻組件模塊中的大信號(hào)衰減，或者用于程控衰減電路中進(jìn)行多檔位調(diào)節(jié)衰減值，同樣基于氮化鉭膜層方阻的合理設(shè)計(jì)以及氧化鋁陶瓷電路的薄膜工藝設(shè)計(jì)而成。薄膜衰減器能在超寬頻帶實(shí)現(xiàn)較高的衰減值平坦度，且性能穩(wěn)定。

⑦ 薄膜耦合器

采用氧化鋁陶瓷基板設(shè)計(jì)薄膜耦合器，常應(yīng)用于微波組件系統(tǒng)中的功率檢測(cè)或者信號(hào)分離，可以設(shè)計(jì)成任意弱耦合度的耦合器，并且可使用氮化鉭設(shè)計(jì)集成隔離負(fù)載，端口處可設(shè)計(jì)成表貼封裝形式，直接焊接于電路中進(jìn)行工作，需要應(yīng)用于較寬頻帶時(shí)可設(shè)計(jì)成多階的形式。

⑧ 薄膜電橋

采用氧化鋁陶瓷基板設(shè)計(jì)薄膜電橋，也叫3dB電橋，常應(yīng)用于分離信號(hào)且使其具有90°或者180°相位差，lange電橋是其應(yīng)用較多的一種形式，通過金絲鍵合來實(shí)現(xiàn)線路之間的信號(hào)連線。

⑨ 薄膜電阻

采用氧化鋁陶瓷基板設(shè)計(jì)薄膜電阻，常應(yīng)用于高精度低噪聲和高穩(wěn)定性的電路中，常集成于微帶薄膜電路一體設(shè)計(jì)加工，也可單獨(dú)設(shè)計(jì)加工成多種阻值類型的薄膜電阻使用，亦或是設(shè)計(jì)成電阻網(wǎng)絡(luò)，通過金絲鍵合選擇所需電阻值。

⑩ 薄膜電容

采用氧化鋁陶瓷基板設(shè)計(jì)薄膜電容，常應(yīng)用于高頻濾波，可設(shè)計(jì)出任意容值的薄膜電容供電路使用，性能較一般貼片電容穩(wěn)定，適用于高頻電路。

氧化鋁陶瓷基片的發(fā)展

我國氧化鋁陶瓷基片的需求主要依賴于國外進(jìn)口，國內(nèi)也有部分廠家在研發(fā)國產(chǎn)化的氧化鋁陶瓷基片進(jìn)行替代。近十年以來，我國的國產(chǎn)氧化鋁陶瓷基片的產(chǎn)量逐年增加，在2012到2022年產(chǎn)量就翻了2.5倍，但還是不滿足國內(nèi)日益增長的陶瓷基片需求。隨著電子行業(yè)的發(fā)展日益迅猛，氧化鋁陶瓷片在未來較長一段時(shí)間將保持高的市場(chǎng)占有率。

審核編輯：湯梓紅