陶瓷行业的现状与未来

人工智能材料 （Artificial Intelligent Materials, AIM）是一种结构灵敏性材料，它有三个基本特征：能感知环境条件的变化（传统传感器）的功能；识别、判断（处理器）功能；发出指令和自行采取行动（执引器）功能。 人工智能材料按电子结构和化学键分为金属、陶瓷、聚合物和复合材料等几类，按功能又分为半导体、压电体、电致流变体等几种，例如：具有热阻效应、湿阻效应、电化学反应、气阻效应和具有自诊断、自调节、自修复功能，可用于快速检测环境温度、湿度，取代温控线路和保护线路；利用电致变色效应和光记忆效应的氧化物薄膜，可制作成自动调光窗口材料，既可减轻空调负荷又可节约能源，在智能建筑物窗玻璃上有广泛应用前景；利用热电效应和热记忆效应的高聚物薄膜可用于智能多功能自动报警和智能红外摄象，取代复杂的检测线路；利用有光电效应的光导纤维制作光纤混凝土，当结构构件出现超过允许宽度裂缝时，光路被切断而自动报警，可取代复杂的检测线路。 人工智能材料是继天然材料、人造材料、精细材料后的第四代功能材料。显然，它除了具有功能材料的一般属性，（如电、磁、声、光、热、力等），能对周围环境进行检测的硬件功能外，还能依据反馈的信息，具有进行自调节、自诊断、自修复、自学习的软调节和转换的软件功能。人工智能材料是制造智能传感器的极好材料，也是当今高新技术领域中的一个研究热点课题。

陶瓷基板是干什么用的

陶瓷基板是干什么用的，陶瓷基板是指铜箔在高温下直接键合到氧化铝（Al2O3）或氮化铝（AlN）陶瓷基片表面（ 单面或双面）上的特殊工艺板。下面来看看陶瓷基板是干什么用的。

1、陶瓷基板在芯片当中的应用

在led多采用陶瓷基板做成芯片，以实现更好的导热性能。此外，在以下电子设备也多使用陶瓷基板做成陶瓷芯片：

◆大功率电力半导体模块。

◆半导体致冷器、电子加热器；功率控制电路，功率混合电路。

◆智能功率组件；高频开关电源，固态继电器。

◆汽车电子，航天航空及军用电子组件。

◆太阳能电池板组件；电讯专用交换机，接收系统；激光等工业电子。

2、陶瓷基板在三代半导体的应用

以MOSFET、IGBT、晶体管等为代表的主流功率器件在各自的频率段和电源功率段占有一席之地。由于IGBT的综合优良性能，已经取代GTR，成为逆变器、UPS、变频器、电机驱动、大功率开关电源，尤其是现在炙手可热的电动汽车、高铁等电力电子装置中主流的器件。

3、氧化铝陶瓷基板在电子电力领域的应用

在电力电子领域，比如功率开关电源、电力驱动等，需要介质陶瓷基板来实现更好的导热性能，防止电流烧坏和短路。

4、氧化铝陶瓷共烧板在锂电池行业的应用

随着人工智能和环保的推荐，汽车行业也推出电力轿车，主要是通过电池蓄电，采用陶瓷基板做的锂电池可以实现更好的电流和散热功能，促进新能源汽车的市场需求。

5、陶瓷基板在集成电路当中的应用

小尺寸的陶瓷基板芯片（小于3mm*3mm）通过技术也能实现小尺寸集成电路的封装，因此对于集成电路的应用也是越来也大；毕竟集成电路发展具备精密化、微型化等特征。

陶瓷基板特点

1、机械应力强，形状稳定；高强度、高导热率、高绝缘性；结合力强，防腐蚀。

2、极好的热循环性能，循环次数达5万次，可靠性高。

3、与PCB板(或IMS基片)一样可刻蚀出各种图形的结构；无污染、无公害。

4、使用温度宽-55℃～850℃；热膨胀系数接近硅，简化功率模块的生产工艺。

陶瓷基板优越性

1、陶瓷基板的热膨胀系数接近硅芯片，可节省过渡层Mo片，省工、节材、降低成本；

2、减少焊层，降低热阻，减少空洞，提高成品率；

3、在相同载流量下0.3mm厚的铜箔线宽仅为普通印刷电路板的10%；

4、优良的导热性，使芯片的封装非常紧凑，从而使功率密度大大提高，改善系统和装置的可靠性；

1、超薄型(0.25mm)陶瓷基板可替代BeO，无环保毒性问题；

2、载流量大，100A电流连续通过1mm宽0.3mm厚铜体，温升约17℃；100A电流连续通过2mm宽0.3mm厚铜体，温升仅5℃左右；

3、热阻低，10×10mm陶瓷基板的'热阻0.63mm厚度陶瓷基片的热阻为0.31K/W，0.38mm厚度陶瓷基片的热阻为0.19K/W，0.25mm厚度陶瓷基片的热阻为0.14K/W。

4、绝缘耐压高，保障人身安全和设备的防护能力。

5、可以实现新的封装和组装方法，使产品高度集成，体积缩小。

陶瓷基板性能要求

1、机械性质

陶瓷基板有足够高的机械强度，除搭载元件外，也能作为支持构件使用；加工性好，尺寸精度高；容易实现多层化；表面光滑，无翘曲、弯曲、微裂纹等。

2、电学性质

绝缘电阻及绝缘破坏电压高；介电常数低；介电损耗小；在温度高、湿度大的条件下性能稳定，确保可靠性。

3、热学性质

热导率高；热膨胀系数与相关材料匹配（特别是与Si的热膨胀系数要匹配）；耐热性优良。

4、其它性质

化学稳定性好；容易金属化，电路图形与其附着力强；无吸湿性；耐油、耐化学药品；a射线放出量小；所采用的物质无公害、无毒性；在使用温度范围内晶体结构不变化；原材料丰富；技术成熟；制造容易；价格低。

陶瓷基板种类

按制造工艺来分

现阶段较普遍的陶瓷散热基板种类共有HTCC、LTCC、DBC、DPC。而DBC与DPC则为国内近几年才开发成熟，且能量产化的专业技术，DBC是利用高温加热将Al2O3与Cu板结合，其技术瓶颈在于不易解决Al2O3与Cu板间微气孔产生之问题，这使得该产品的量产能量与良率受到较大的挑战

而DPC技术则是利用直接镀铜技术，将Cu沉积于Al2O3基板之上，其工艺结合材料与薄膜工艺技术，其产品为近年最普遍使用的陶瓷散热基板。然而其材料控制与工艺技术整合能力要求较高，这使得跨入DPC产业并能稳定生产的技术门槛相对较高。

1、HTCC (High-Temperature Co-fired Ceramic)

HTCC又称为高温共烧多层陶瓷，生产制造过程与LTCC极为相似，主要的差异点在于HTCC的陶瓷粉末并无加入玻璃材质，因此，HTCC的必须再高温1300~1600℃环境下干燥硬化成生胚，接着同样钻上导通孔，以网版印刷技术填孔与印制线路，因其共烧温度较高，使得金属导体材料的选择受限，其主要的材料为熔点较高但导电性却较差的钨、钼、锰…等金属，最后再叠层烧结成型。

2、 LTCC (Low-Temperature Co-fired Ceramic)

LTCC 又称为低温共烧多层陶瓷基板，此技术须先将无机的氧化铝粉与约30%~50%的玻璃材料加上有机黏结剂，使其混合均匀成为泥状的浆料，接着利用刮刀把浆料刮成片状，再经由一道干燥过程将片状浆料形成一片片薄薄的生胚，然后依各层的设计钻导通孔，作为各层讯号的传递

LTCC内部线路则运用网版印刷技术，分别于生胚上做填孔及印制线路，内外电极则可分别使用银、铜、金等金属，最后将各层做叠层动作，放置于850~900℃的烧结炉中烧结成型，即可完成。

3、 DBC (Direct Bonded Copper)

直接敷铜技术是利用铜的含氧共晶液直接将铜敷接在陶瓷上，其基本原理就是敷接过程前或过程中在铜与陶瓷之间引入适量的氧元素，在1065℃~1083℃范围内，铜与氧形成Cu-O共晶液， DBC技术利用该共晶液一方面与陶瓷基板发生化学反应生成 CuAlO2或CuAl2O4相，另一方面浸润铜箔实现陶瓷基板与铜板的结合。

4、 DPC (Direct Plate Copper)

DPC亦称为直接镀铜基板， DPC基板工艺为例：首先将陶瓷基板做前处理清洁，利用薄膜专业制造技术－真空镀膜方式于陶瓷基板上溅镀结合于铜金属复合层，接着以黄光微影之光阻被复曝光、显影、蚀刻、去膜工艺完成线路制作，最后再以电镀/化学镀沉积方式增加线路的厚度，待光阻移除后即完成金属化线路制作。

1、罗汉碗。是碗式之一，也称“汉型碗。”流行于宋元时期。见钧窑器，尖圆唇，上腹稍内倾，下腹浑圆，如罗汉的大肚，故名。

但是，人工智能当然不能也不会局限于应用在机器和计算机上，作为长期的目标，人工智能应该在思维科学指引下，研制综合性的人工智能系统，因此材料科学也可以纳入人工智能研究的范围和目标。

人工智能与自然智能（人类智能）是对立的统一，不管科学如何发展，人造的、模拟的“智能”和天然的、本原的“智能”仍然有质的差别。从局部看，人工智能可以代替人的某些脑力劳动，但是，从总体上看，人类的创造力是无限的，归根结底，再高明的人工智能也是由人所创造、操纵，并为人所用的，而且人工智能要向前发展，首先必须依靠人。

在与化学有着密切关系的材料科学领域中，率先发展并已经初见成效的当推智能高分子材料，这是因为与人工智能关系最密切的是功能，而在化学功能材料中，高分子材料的研究最广。

主要方面有：

1.高分子的智能化——高分子凝胶的智能化

高分子薄膜的智能化

高分子复合材料的智能化

本征导电聚合物的智能化

2.形状记忆树脂

这里只介绍了与化学关系最密切的高分子人工智能材料，其他非高分子的人工智能材料也已经研究得比较多。例如，敏感陶瓷材料在自动控制仪表中就相当于人的五官，起到视觉、嗅觉、味觉、听觉和触觉器官的作用。和陶瓷类似，玻璃也可以起到这方面的作用，有一种光敏变色玻璃可以自动地随光线强弱而改变透明度，使室内亮度始终保持恒定，也是一种感觉一指令一动作的过程。还有，具有记忆功能的材料也不仅仅限于高分子树脂，镍钛合金就是一种具有形状记忆功能的合金，被用作架设在月球上的合金。总之，人工智能材料的研究处于发展阶段，前途远大。