随着信息技术革命的到来，集成电路产业飞速发展，电子系统集成度的提高将导致功率密度升高，以及电子元件和系统整体工作产生的热量增加，因此，有效的电子封装必须解决电子系统的散热问题。在此背景下，陶瓷基板具备优良的散热性能使得市场对其需求快速爆发，尤其是氮化铝陶瓷基板产品，尽管价格远高于其它基板，仍是供不应求甚至“一片难求”，这是为什么呢？
原因很简单，主要有三点：其一，性能好，用起来“香”，物有所值，在某些领域无法替代，一分钱一分货的道理大家都懂。其二，生产过程”历经八十一难”，得之不易，对原材料要求高，制品制备工艺复杂，生产门槛较高。其三，市场发展迅速，产能扩张速度跟不上需求增速，供货周期长，价格自然水涨船高。今天就这三点进一步了解氮化铝陶瓷基板。首先，封装基板主要利用材料本身具有的高热导率，将热量从芯片 (热源) 导出，实现与外界环境的热交换。对于功率半导体器件而言，封装基板必须满足以下要求：(2)耐热性好，满足功率器件高温(大于200°C)应用需求；(3)热膨胀系数匹配，与芯片材料热膨胀系数匹配，降低封装热应力；(4)介电常数小，高频特性好，降低器件信号传输时间，提高信号传输速率；(5)机械强度高，满足器件封装与应用过程中力学性能要求；(6)耐腐蚀性好，能够耐受强酸、强碱、沸水、有机溶液等侵蚀；氮化铝性能如何呢？氮化铝作为陶瓷基板材料其性能如下：（1）氮化铝的导热率较高，室温时理论导热率最高可达320W/(m·K)，是氧化铝陶瓷的8～10倍，实际生产的热导率也可高达200W/(m·K)，有利于LED中热量散发，提高LED性能；（2）氮化铝线膨胀系数较小，理论值为4.6×10-6/K，与LED常用材料Si、GaAs的热膨胀系数相近，变化规律也与Si的热膨胀系数的规律相似。另外，氮化铝与GaN晶格相匹配。热匹配与晶格匹配有利于在大功率LED制备过程中芯片与基板的良好结合，这是高性能大功率LED的保障；（3）氮化铝陶瓷的能隙宽度为6.2eV，绝缘性好，应用于大功率LED时不需要绝缘处理，简化了工艺；（4）氮化铝为纤锌矿结构，以很强的共价键结合，所以具有高硬度和高强度，机械性能较好。另外，氮化铝具有较好的化学稳定性和耐高温性能，在空气氛围中温度达1000℃下可以保持稳定性，在真空中温度高达1400℃时稳定性较好，有利于在高温中烧结，且耐腐蚀性能满足后续工艺要求。由以上看来，氮化铝陶瓷具有高热导率、高强度、高电阻率、密度小、低介电常数、无毒、以及与Si 相匹配的热膨胀系数等优异性能，是最具发展前途的一种陶瓷基板材料。
氮化铝陶瓷基板的生产过程较为复杂繁琐，其主要体现在两个方面，高端氮化铝粉体的制备与基板的制备。我们分别来了解下这两方面。几乎所有的陶瓷制品的质量都极大受到原材料品质的影响，对氮化铝陶瓷基板来说更是如此。目前制备氮化铝粉体的方法主要有Al2O3粉碳热还原法、Al粉直接氮化法、自蔓延高温合成法、化学气相沉积法、等离子体法等。AlN粉体作为一种性能优异的粉体原料，国内外研究者通过不断的科技创新来解决现有工艺存在的技术问题，同时也在不断探索新的、更高效的制备技术。目前最主要的工艺仍是碳热还原法和直接氮化法，这两种工艺具有技术成熟、设备简单、得到产品质量好等特点，已在工业中得到大规模应用。
氮化铝陶瓷产品的性能直接取决于原料粉体的特性，尤其是氮化铝最有价值的特性——导热性。影响氮化铝陶瓷导热性的因素主要有：氧及其它杂质的含量、烧结的致密度、显微结构等。而这些因素体现在氮化铝粉体上则为：氮化铝的纯度、颗粒的粒径、颗粒的形状等参数上。相比氮化铝的其它优异性能，氮化铝粉体有个大问题就是容易水解。它在潮湿的环境极易与水中羟基形成氢氧化铝，在AlN粉体表面形成氧化铝层，氧化铝晶格溶入大量的氧，降低其热导率，而且也改变其物化性能，给AlN粉体的应用带来困难。目前的应对方法是，借助化学键或物理吸附作用在AlN颗粒表面涂覆一种物质，使之与水隔离，从而避免其水解反应的发生。抑制水解处理的方法主要有：表面化学改性和表面物理包覆。
流延成型制备氮化铝陶瓷基片的主要工艺，将氮化铝粉料、烧结助剂、粘结剂、溶剂混合均匀制成浆料，通过流延制成坯片，采用组合模冲成标准片，然后用程控冲床冲成通孔，用丝网印刷印制金属图形，将每一个具有功能图形的生坯片叠加，层压成多层陶瓷生坯片，在氮气中约700℃排除粘结剂，然后在1800℃氮气中进行共烧，电镀后即形成多层氮化铝陶瓷。此外，氮化铝基板的成型方式还有注射成型、流延等静压成型等。
烧结可以说是氮化铝基板制备中至关重要的一步，主要牵扯到烧结方式的选择、烧结温度的控制、烧结助剂的添加、烧结气氛的控制等。目前AlN基片较常用的烧结工艺一般有5种，即热压烧结、无压烧结、放电等离子烧结(SPS)、微波烧结和自蔓延烧结。AlN陶瓷基片一般采用无压烧结，该烧结方法是一种最普通的烧结，虽然工艺简单、成本较低，但烧结温度一般偏高，在不添加烧结助剂的情况下，一般无法制备高性能陶瓷基片。在烧结炉中，烧结温度的均匀性深刻影响着AlN陶瓷。烧结温度均匀性的研究也为大批量生产、降低生产成本提供了保障，有利于实现AlN陶瓷基片产品的商业化生产。
对于陶瓷致密烧结，添加助烧剂无疑是最为经济、有效的方法。AlN陶瓷基板可选用的烧结助剂有CaO、Li2O、B2O3、Y2O3、CaF2、CaC2以及CeO2等。这些材料在烧结过程发挥着双重作用，首先与表面的Al2O3结合生成液相铝酸盐，在粘性流动作用下，加速传质，晶粒周围被液相填充，原有的粉料相互接触角度得以调整，填实或者排出部分气孔，促进烧结。同时助烧剂可与氧反应，降低晶格氧含量。在AlN陶瓷的烧结工艺中，烧结气氛的选择也十分关键的。一般的AlN陶瓷烧结气氛有3种：还原型气氛、弱还原型气氛和中性气氛。还原性气氛一般为CO，弱还原性气氛一般为H2，中性气氛一般为N2。在还原气氛中，AlN陶瓷的烧结时间及保温时间不宜过长，烧结温度不宜过高，以免AlN被还原。在中性气氛中不会出现上述情况，所以一般选择在氮气中烧结，这样可以获得性能更好的AlN陶瓷。
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