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陶瓷基板因其出色的機(jī)械強(qiáng)度，被廣泛應(yīng)用于電子、航空航天等領(lǐng)域。

 一、陶瓷基板的機(jī)械強(qiáng)度特性

 （一）抗彎強(qiáng)度

陶瓷基板的抗彎強(qiáng)度是衡量其機(jī)械強(qiáng)度的重要指標(biāo)之一。該指標(biāo)反映了材料在受到彎矩作用時的承載能力。例如，氧化鋁（Al?O?）陶瓷基板的抗彎強(qiáng)度一般在 300-500 MPa 之間，氮化鋁（AlN）陶瓷基板的抗彎強(qiáng)度則在 350-450 MPa 之間。這一性能使其能夠承受一定的彎曲應(yīng)力而不發(fā)生斷裂，適用于各種復(fù)雜的工作環(huán)境。

 （二）硬度

硬度是衡量陶瓷基板抵抗表面磨損和劃傷能力的指標(biāo)。陶瓷基板通常具有較高的硬度，例如，氧化鋁陶瓷基板的硬度可達(dá) 1200-1500 HV，氮化鋁陶瓷基板的硬度則在 1000-1200 HV 之間。這使得其在高頻摩擦和磨損的工作環(huán)境中仍能保持良好的性能。

 （三）斷裂韌性

斷裂韌性反映了陶瓷基板在裂紋擴(kuò)展過程中的抗裂能力。盡管陶瓷材料本身較脆，但其斷裂韌性仍能提供一定的抗裂紋擴(kuò)展能力，可承受一定程度的沖擊載荷。例如，氧化鋁陶瓷基板的斷裂韌性通常在 3-5 MPa·√m 之間，而氮化鋁陶瓷基板的斷裂韌性則在 2-4 MPa·√m 之間。

 二、測試方法與標(biāo)準(zhǔn)

 （一）抗彎強(qiáng)度測試

抗彎強(qiáng)度測試標(biāo)準(zhǔn) ISO 6872 采用三點彎曲法，樣品尺寸需 10mm×10mm×10mm，跨距 8mm，加載速率 0.5mm/min。Al?O?和 AlN 基板的抗彎強(qiáng)度通常在 300—500MPa 及 350—450MPa 之間。測試值受雜質(zhì)和缺陷影響較大，高純度、致密的基板抗彎強(qiáng)度更高。

 （二）硬度測試

硬度測試依據(jù) ISO 4516 標(biāo)準(zhǔn)，常用維氏硬度法。樣品表面拋光后，加載砝碼 1kgf，加載時間 15s。Al?O?基板硬度約 1200-1500HV，AlN 基板約 1000-1200HV。測試結(jié)果易受表面質(zhì)量影響，需嚴(yán)格控制拋光工藝。

 （三）斷裂韌性測試

斷裂韌性測試遵循 ASTM C1421 標(biāo)準(zhǔn)，采用單邊缺口梁法（SENB）。樣品尺寸 10mm×10mm×30mm，缺口深度 2mm，加載速率 0.1mm/min。Al?O?基板斷裂韌性 3-5MPa·√m，AlN 基板 2-4MPa·√m。該方法對樣品制備要求高，需嚴(yán)格控制缺口尺寸和形狀。

 （四）抗沖擊性能測試

抗沖擊性能測試參照 ASTM D256-10 標(biāo)準(zhǔn)，懸臂梁法測試沖擊強(qiáng)度。樣品尺寸 60mm×10mm×4mm，支點間距 40mm，擺錘能量 0.5J。Al?O?基板的沖擊強(qiáng)度約 1-2kJ/m2，AlN 基板約 0.8-1.5kJ/m2。測試結(jié)果受樣品尺寸和缺陷影響，需多次測試取平均值。

 三、實際應(yīng)用案例

 （一）功率半導(dǎo)體模塊

在功率半導(dǎo)體模塊中，陶瓷基板的機(jī)械強(qiáng)度至關(guān)重要。以氮化鋁基板為例，其高硬度和適當(dāng)?shù)臄嗔秧g性確保在安裝和使用過程中不易破裂。模塊經(jīng)受住了振動和沖擊測試，滿足 IEC 60749 標(biāo)準(zhǔn)要求，工作穩(wěn)定性顯著提升。

 （二）高功率 LED 封裝

高功率 LED 封裝中的氧化鋁陶瓷基板，利用其高抗彎強(qiáng)度和良好斷裂韌性，成功應(yīng)對頻繁熱沖擊和機(jī)械應(yīng)力。LED 模塊壽命達(dá) 50,000 小時，滿足 LM-80 標(biāo)準(zhǔn)要求，性能穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)。

 （三）航空航天電子設(shè)備

在航空航天電子設(shè)備中，陶瓷基板的機(jī)械強(qiáng)度面臨嚴(yán)苛考驗。選用氧化鈹基板，其高硬度和優(yōu)異斷裂韌性確保在強(qiáng)烈振動和沖擊下穩(wěn)定工作。設(shè)備經(jīng)鑒定符合 MIL-STD-810G 標(biāo)準(zhǔn)，可靠性極高。