由于最近推出了一系列新的厚膜氮化鋁陶瓷基板電阻器和端子，以補充現有的公司產品。傳統上，射頻功率電阻元件采用氧化鈹陶瓷材料作為陶瓷基板，然而，由于國際上要求從產品中去除氧化鈹的壓力，讓氮化鋁等替代材料在無線行業中備受關注。

雖然氧化鈹在陶瓷形式中是無害的，但如果吸入足夠量的粉塵或粉末形式可能有害。OSHA將氧化鈹粉塵列為對人類有害的物質和可能的致癌物，法定的空氣傳播允許暴露限值（PEL）為0.002mg/m3，平均每8小時輪班氮化鋁材料已成為氧化鈹的主要替代品。

氧化鈹/氮化鋁陶瓷基板比較

與氧化鈹陶瓷相比，氮化鋁陶瓷在許多方面都非常接近，由于應用的高功率特性，主要關注的參數是熱導率，表1列出了兩種材料的特性。在電學上，氮化鋁具有比氧化鈹更高的介電常數，這導致電容部分略高，必須采用仔細的布局和薄膜設計來減輕這種差異。

1、應用

氮化鋁電阻器和終端被設計為當今使用的現有氧化鈹產品的直接替代品。然后，這些氮化鋁器件定義了一類通用的非氧化鈹射頻電阻功率產品。應用包括射頻功率放大器、隔離器、吸收濾波器和功率組合器。

2、鋁歷史

氮化鋁陶瓷基板作為通用電絕緣散熱器和薄膜基板已在射頻行業使用多年，傳統上氮化鋁電阻器件是使用薄膜技術構建的。但由于薄膜工藝成本高昂，其應用受到限制。隨著無線行業的興起以及隨后對具有成本效益和安全的氧化鈹替代品的需求，制造商已轉向成本更低的厚膜技術來滿足需求。

3、厚膜氮化鋁

用于氧化鋁和氧化鈹的厚膜系統是多年前開發的，一直是射頻功率電阻行業的主力軍。氧化鋁用于高達約5W的功率水平，而氧化鈹用于高達800w的更高功率。然而，將厚膜技術轉移到氮化鋁陶瓷基板并不是一件簡單的事情。為氧化鋁和氧化鈹開發的厚膜電阻器和導體系統不適用于氮化鋁陶瓷，因為氧化鉛玻璃鍵合系統發生在厚膜漿料和氧化鋁之間或氧化鈹陶瓷材料在燒制時可被氮化鋁陶瓷基板還原。

在氮化鋁陶瓷上涂敷專為氧化鋁或氧化鈹設計的厚膜漿料會導致電阻器和金屬薄膜與氮化鋁陶瓷的粘合力不一致，這通常歸因于氮化鋁陶瓷材料的不一致性。厚膜與陶瓷的粘附是組件長期可靠性的關鍵。由于無線行業最近對具有成本效益和安全的氧化鈹替代品的需求，厚膜漿料制造商最近開發了厚膜氮化鋁漿料系統。將這些漿料系統與經過適當處理的氮化鋁陶瓷基板一起使用，可以在氮化鋁陶瓷基板上提供厚膜電阻元件的新產品。

厚膜附著力的另一個關鍵是適當制備氮化鋁陶瓷材料。在氮化鋁燒結過程中，Al3O3+Y2O3 被驅趕到陶瓷表面，這會阻礙厚膜的粘附，必須通過研磨襯底來去除。

4、比較測試

作為比較的基準，我們針對行業標準的厚膜氧化鈹和薄膜氮化鋁產品對厚膜氮化鋁進行了測試。由于薄膜附著力是主要關注點，測試集中在指出這些類型故障的實驗上。為保持一致性，所有三個系統的測試均在同一部件上進行——150W、法蘭安裝、50?端接。照片中顯示的部件是一個0.250" x 0.375"陶瓷芯片，安裝在鍍鎳銅法蘭上，采用 SN96焊料。對每種系統類型的多個部件進行了引線拉力、剪切測試、熱循環、薄膜溫度和電阻器飽和度測試。

5、引線拉力測試

將0.050寬x0.006厚的銀帶引線焊接到三種部件上相同尺寸的導體焊盤上，然后將其拉至破壞，其平均結果列于表2中。所有三個系統的水平拉力都非常出色，而薄膜氮化鋁和厚膜氧化鈹的垂直拉力測試似乎更好。

6、剪切試驗

每種類型的零件都用SN96焊料焊接到鍍鎳法蘭上，然后破壞性地從法蘭上剪下，平均結果列于表 3 中。純粹的測試表明，所有系統都具有出色的初始粘合力，正如預期的那樣，BeO 力更好, 厚膜AlN略好于薄膜AlN系統。

7、熱循環測試

雖然剪切測試是衡量漿料與陶瓷的初始粘合力的良好方法，但部件的熱循環提供了長期可靠性的良好衡量標準。氮化鋁陶瓷基板和銅法蘭之間的熱膨脹系數 (TCE) 差異會在材料中產生應力，該應力必須被焊料/厚膜膏界面吸收。零件的熱循環可作為極好的加速壽命測試。簡單地在接近恒定的溫度下耗散部件中的功率并不能表明部件的長期可靠性，也不代表部件的最壞工作條件。粘合層必須從熱到冷反復施加應力，才能真正獲得粘合層吸收應力而不失效的有用測量。

選擇銅法蘭材料和SN96焊料以提供對厚膜對陶瓷基板的長期粘附力的比較加速測量。銅的TCE是氮化鋁的TCE的3.6倍，SN96焊料的抗拉強度接近6000 psi。所有三個版本的零件都用螺栓固定在一個微處理器控制的冷卻板上，法蘭下方有少量導熱油脂。零件在100%的額定功率(DC)和最高法蘭溫度下循環使用。圖1所示的循環曲線旨在提供一個非常加速和惡劣的環境以加速故障。結果列于表4。

在第 300次和第378次 熱循環之間，所有三個部件均出現故障。由于焊料和/或厚膜中形成微裂紋而發生故障，這些微裂紋隨著每個額外的熱循環而傳播，從而增加了陶瓷和法蘭之間的熱阻。當熱阻增加到整個系統的熱梯度變得足夠大的程度時，就會出現熱失控情況，并且部件會失效。從數據來看，所有三種系統類型都在同一范圍內失敗。

8、薄膜厚度

三個系統中的每一個的部件都安裝在溫度為100°C和耗散功率為150 W的受控散熱器上。薄膜溫度測量可以很好地指示終端的熱阻。使用紅外熱探頭進行薄膜溫度測量。結果列于表 5。正如預期的那樣，由于陶瓷的較低熱阻，BeO部分表現出較低的膜溫度。薄膜和厚膜AlN部分彼此相差幾度。

厚膜氮化鋁陶瓷基板電阻器件將補充公司提供的完整電阻器和端接器系列。由于氧化鈹的安全問題，氮化鋁線將是一個受歡迎的替代方案。厚膜氮化鋁工藝的可靠性和可重復性取決于正確制備氮化鋁陶瓷以及使用專門為氮化鋁開發的漿料。所提供的測試表明，為氮化鋁陶瓷設計的厚膜漿料的性能至少與薄膜氮化鋁產品一樣好，并接近厚膜氧化鈹產品。