维普资讯 http://www.cqvip.com 白木：电子陶瓷的发展与应用 综合评述 １ 电子陶瓷的发展与应用 白 木 （桂林５４１００１） １特种陶瓷材料的发展情况 特种陶瓷材料是相对于传统陶瓷而言的，是２０ 世纪７０年代后期才逐渐兴起的高新技术。随着汽 车工业、航空航天事业、电子信息技术、环保节能技 术、生物工程、建筑科技的飞速发展，特种陶瓷也得 到了长足的发展，并在这些领域得到了广泛的应 用。作为新材料的一个重要分支，特种陶瓷一直是 新材料领域发展的重点之一。世界各国对特种陶瓷 的研究与开发都给予了足够的重视。美国、日本和 西欧一些国家都将特种陶瓷同其它一些高性能材 料一起作为关键技术来研究。 在我国，也一直将特种陶瓷的研究与开发放在 非常重要的位置。在最近几年国家计委陆续组织实 施的新材料专项中，特种陶瓷材料一直都是发展的 重点。目前我国参与特种陶瓷研究和生产的主要有 二百多家科研院所、高等院校和企业，其中从事电 子陶瓷研制与开发的约占６４％左右。并且这些院 所、高校和企业大都分布在经济比较发达的上海、 北京、天津、江苏、山东、浙江、福建、广东等沿海城 市和地区，而在西南、西北的一些较偏远的地区，则 主要是以原军工二、三线企业为主。 ２ 电子陶瓷材料的发展情况 电子陶瓷是特种陶瓷材料的重要类型，是２０ 世纪７０年代后期才逐渐兴起的。我国也是从改革 开放的二十年来，伴随着整个特陶行业的发展，才 逐步对电子陶瓷技术展开了研究与开发。目前，我 国已具备了相当强的电子陶瓷的研制与开发能力， 工业生产也具备了一定的规模，基本上可以满足当 前我国电子信息行业的需求。电子陶瓷主要应用于 传感器、发光材料、光导材料、激光材料、电子元器 件、磁记录材料等。目前，电子陶瓷以其广泛的应用 性及巨大的发展前景，越来越成为特陶中的新宠， 其应用范围正从电容器、滤波器、点火器，磁头和通 讯器元件等方面，迅速向航天、航空、卫星以及半导 体芯片等高新技术领域进军。 我国电子陶瓷的生产与开发，主要是以民营股 份制企业和外资企业为主。特别是最近几年以来， 不少外资企业看好我国特陶市场，不断投资于我国 特陶行业，而在特陶行业中外商投资于电子陶瓷的 又占了大多数。现在外资企业在电子陶瓷行业中占 有不可忽视的比重，并且增长势头非常迅猛。记者 从有关部门了解到，我国主要的外资企业有：上海 Ｍｏｇｅｎ Ｍｅｉｃｈａｏ技术陶瓷公司、上海Ｊｉｎｇｃｉ公司、苏 州Ｇｏｎｇ ｉｌ电子公司都生产氧化铝基板。珠海 Ｓｉｅｍｅｎｓ—Ｍｅｉｃｈａｏ电子公司生产ＮＴＣ、ＰＴＣ陶瓷控 温元件和铁氧体磁性材料，深圳富康精密电子陶瓷 有限公司生产压电陶瓷变压器元件等。这些外资企 业的进入，一方面带来了世界先进的生产工艺和设 备，先进的管理，生产出优质的产品，对我国电子陶 瓷的产业化发展起到了积极的促进作用；另一方 面，它们的介入对国内的一些生产企业造成了极大 的威胁，也给新投资的企业在技术、管理、营销上提 出了更高要求。 当前，在电子陶瓷行业中，国内的一些民营股 份制企业也飞速发展壮大起来。如湖北京都电子科 技股份有限公司，专门从事ＰＴＣ热敏电阻器系列产 品及相关电子元器件的开发、研制、生产和销售，是 目前国内规模最大、品种最齐全、技术最先进的 ＰＴＣ生产企业；珠海市粤科清华电子陶瓷有限公 司，主要生产电子陶瓷基片、高热导率的氮化铝陶 瓷；无锡南方电子有限公司和无锡市贝得电子元件 有限公司，专门从事压电陶瓷元器件的制造。当然， 国内的这些民营企业同合资、外资企业相比，无论 从企业的体制、经营的机制以及技术开发能力，专 业化、规模化上都存在着一定的差距，而这些在电 子陶瓷产业的竞争中日显重要。 在过去的十几年当中，中国电子陶瓷的研究和 生产都得到了很大的发展，但是在实际应用、生产 水平、工业化程度以及市场份额上与欧、美、日等发 达国家仍然有相当大的差距。最近几年，在科技人 员和各企业的努力下，特别是在国家的重点扶持 ｒ 维普资讯 http://www.cqvip.com ２ 江苏陶瓷ＪＩＡＮＧＳＵ ＣＥＲＡＭＩＣＳ ２００２年９月 第３５卷第３期 下，再加上外来资金的引入，中国电子陶瓷的基础研 究得到加强，企业结构得到调整，企业规模不断扩 大，从而使得中国的电子陶瓷市场不断发展壮大。 目前，我国已经在电子陶瓷材料领域聚集了雄厚的 队伍和力量，处于厚积薄发的阶段，产业发展势头很 猛。在电子陶瓷及其片式电容与电阻器件、陶瓷基 能。例如，利用压电陶瓷将外力转换为电能的特性， 可以创造出压电打火机、炮弹引爆装置、煤气灶打火 的例子用到的就是这种陶瓷。另外，压电陶瓷还可以 作为敏感材料，如制作压电地震仪，可以对人类不能 感知的细微振动进行监测，并精确地测出地震方位 和强度，从而预测地震，减少损失。又如基于压电效 板、光导纤维以及陶瓷光线连接器、高温超导陶瓷纤 维等应用技术和产业化方面进展都非常顺利。 现在，我国已经能够生产大多数的电子陶瓷、ＩＣ 基板、瓷介电容、电阻、电感、磁性材料、蜂鸣器、滤波 器等压电陶瓷无线电频率元件已能大量生产，并且 还占有一定的国际市场，但大部分产品的利润并不 是很高，产品的技术含量和附加值都相对较低，而且 目前世界上最先进的超高利润的电子陶瓷产品我们 没有能够占领市场，许多电子整机中的电子陶瓷元 件仍需大量进口，如手机中使用的片式压电陶瓷滤 波器等，国内市场很大，但全靠进口。因此，提升产品 的技术含量和附加值，加大产品的利润率是电子陶 瓷发展的关键和目标。只有在这些方面做得好的企 业，才有可能在将来的电子陶瓷市场中独领风骚。 应制作的压电驱动器，能实现精确控制的功能，是精 密机械、微电子和生物工程等领域的重要器件。可以 说，压电陶瓷不仅广泛应用于高科技，而且颇具”平民 性”。服务于人们的正常生活，使其更便捷、更舒适。 在电子陶瓷中，磁性陶瓷也是重要的组成之一； 铁氧体则是磁性陶瓷的重要代表。所谓铁氧体，是以 三价铁离子为主要成分的氧化物的化学总称。它的 应用十分广泛，几乎遍及现代科学的各个领域。除了 应用于电力工业中的电机和变压器，电子工业中的 磁性元件和微波电子管，通信技术中的滤波器和传 感器，仪表工业中的电磁式仪表以及视听装置中的 磁带、磁头之外，它还可以作为电磁波吸收体。以铁 氧体为主要成分的吸收体可以用于解决城市空间化 带来的电视影像被电磁波干扰问题，以及微波炉、手 机、呼机大量使用带来的电磁波污染问题。同时，它 也是隐身飞机的涂层材料之一，当机身上涂覆上这 ３电子陶瓷的奇妙应用 对电子陶瓷形形色色的应用事例，我们无法一 一种微波吸收层后，敌方雷达发出的电磁波大部分就 会被吸收层吸收，转变成热能、机械能或电能，减弱 列举，只能“管中窥豹”。例如，海底探测是使用磁 致伸缩材料制造的电声换能器，受外加交变磁场激 了反射波，因此敌方雷达就不易探测到飞机，实现了 “隐身”的目的，电子陶瓷中还有举足轻重的一员介 励后，磁致伸缩材料将产生伸缩振动，由此产生声 波；反之，当这种材料在声波的压力下发生形变时， 电陶瓷。介电陶瓷的主要用途是制备储存电能的陶 瓷电容器，目前全世界每年生产的陶瓷电容器高达 几百亿支，大量用于集成电路（ＩＣ）的高密度设计。 此外，微波电路元件中也有大量介质陶瓷，用于制作 耦合器、谐振器、滤波器等。可以说，没有介质陶瓷， 就没有今天的电子工业。 除了以上介绍的几种电子陶瓷外，还有许多活 材料内部的磁感应强度也产生较大的变化。从而使 线圈中产生感应电流。利用这种效应，就可以发射 和接收声波。除磁致伸缩性之外，有的材料还有较 为明显的电致伸缩现象，应用于微位移器和定位器， 例如在高精度的光学系统中用作长度和角度的精密 调整，其位置调节精度可以达到纳米级，形象的说， 在材料体内仿佛有～种独特的”弹簧”，可以被磁或 电诱发，虽然它的伸长量很小（微米级或纳米级），却 能大显神通。除了电致伸缩效应外，另一种可以使 机械能和电能互相转化的效应就是压电效应。所谓 压电效应，指的是某些介质由于内部不存在对称中 心，所以在力的作用下会产生形变，引起介质表面带 电，称为正压电效应；反之，施加激励电场，介质将产 生机械变形，称为逆压电效应。这种神奇的效应已 经被科学家应用在与人们生活密切相关的许多领 域，以实现能量转换、传感、驱动和频率控制的功 跃在不同领域的材料，其例子不胜枚举。随着电子技 术的迅猛发展，随着当今小型化、高性能、高可靠性 以及低成本的要求，电子陶瓷的范围正在不断发展 扩大，并将有更多新材料问世，为人类的生产、生活 创造更美好的未来。 ４关于低温共烧多层陶瓷ＩＣ基板 从７０年代起，国内外就已经开始在材料、工艺 技术等多方面对高密度多层基板进行开发研究，相 继推出了共烧多层陶瓷基板、厚膜多层布线基板、薄 维普资讯 http://www.cqvip.com 白木：电子陶瓷的发展与应用 综合评述 ３ 膜多层布线基板、硅多层基板、混合型多层基板等各 种形式高密度多层互连基板，各种先进的基板铸造 技术均获得实际应用。和其它多层基板相似，共烧 多层陶瓷基板由于使用一次烧成工艺，其层数可以 做得很高，因此布线密度也就高。此外。基板材料的 热膨胀系数可以调整到和硅器件一致，这样有利于 表面安装硅器件。正因为如此，共烧多层陶瓷基板 烧多层基扳制作。ＶＰ２０００系列超级计算机的多芯片 组件，而ＮＥＣ公司已做成７８层低温共烧多层基板， 其面积为２２５×２２５ｍ ，包含有互１ ５４０个Ｉ／０端， 可安装多达１００个超大规模集成电路芯片。 目前，低温共烧多层基板大致包括三类：晶化玻 璃系、玻璃——陶瓷系、非玻璃系。从国内外应用发 展来看，主要还是玻璃——陶瓷系，共烧多层陶瓷基 板是由许多单片陶瓷基板烧结而成，每层陶瓷基板 包括一层陶瓷材料，以及附着在陶瓷层上的导电线 路，通常称为导带；在陶瓷层的通孔中充满了导体材 料，它将不同陶瓷层中的导带线路相互连接起来，构 成了一个立体电路网络。而集成块芯片安装在多层 陶瓷的最上一层，集成块通过引脚和多层陶瓷基板 可广泛用做微组装技术中的高密度互连基极。近年 来，陶瓷基板技术发展很快，特别在传统的陶瓷基板 的基础上，开发了高温共烧陶瓷基板和低温共烧陶 瓷基板，使陶瓷基板在大功率电路中和高密度组装 上得到了更深、更广的应用。 低温共烧多层基板是最新开发的一种崭新的微 组装基板，其在制作工艺上集中了厚膜工艺和高温 共烧工艺的优点。在十几年内，该种基板得到了飞 速发展，被作为高密度、高速度电路基板广泛地用于 计算机、通讯、导弹、火箭、雷达等领域。如美国的 ＤＵＰＯＮ公司将８层低温共烧多层基板用于毒刺导 弹的测试电路中，日本的富士通公司用６１层低温共 中线路焊接在一起，构成互连电路，而基板表面上的 金属导电层是在陶瓷基板烧结过程中预先形成的。 在基板底层有针状的接线端子。这样，共烧多层陶瓷 基板将微型元器件（主要是高集成度的集成电路 ＩＣ）组装起来，形成高密度、高速度和高可靠立体结 构的微电子产品。
