氮化铝：为什么比其他基板贵，却一片难求？

随着信息技术革命的到来，集成电路产业飞速发展。电子系统集成度的不断提高，导致电子元件及整个系统的功率密度越来越高，发热量也越来越大。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，陶瓷基板凭借其优异的散热性能，市场需求量迅速增长。尤其是 氮化铝（AlN）陶瓷基板 ，尽管其价格相较于其他基材高出不少，但仍然供应不足，甚至到了“一片难求”的地步。这是为什么呢？

原因很简单，笔者认为主要有三点：①性能卓越，物超所值②具有挑战性的生产过程③市场快速增长。

今天，我们将深入探讨这三个方面，以便更好地理解 AlN陶瓷基板.

01 卓越的导热性

第一， 陶瓷封装基板 主要依靠材料的高导热性将芯片（热源）的热量传导出去，并促进与外界环境的热交换。对于功率半导体器件，封装基板必须满足以下要求：

高导热性，满足散热需求。

优异的耐热性，可承受高温应用（超过 200°C).

与芯片材料匹配的热膨胀系数（CTE），以减少封装中的热应力。

低介电常数，高频性能好，减少信号传输延迟，提高速度。

机械强度高，满足包装和应用过程中的机械性能要求。

耐腐蚀性能好，可耐强酸、强碱、沸水、有机溶剂等。

结构结构致密，满足电子器件气密封装需求。

那么，氮化铝的性能如何？ 陶瓷基板材料—— AlN陶瓷零件 具有高导热性、高强度、高电阻率、低密度、低介电常数、无毒性以及与硅匹配的热膨胀系数（CTE）。这些特性使其成为最有前景的材料之一。 

02 复杂繁琐的生产流程

AlN陶瓷基板的生产工艺复杂繁琐，主要体现在高端AlN粉末的制备和基板的制作两个方面。让我们分别探讨这两个方面。

1.氮化铝粉体

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。

(1)粉体制备方法

作为高性能粉末材料，世界各地的科研人员不断创新，攻克现有工艺中的技术难题，探索新的、更高效的制备方法。目前，工业上应用最广泛的方法是碳热还原法和直接氮化法，这些方法成熟、简便，且能获得高质量的产品。

（2）多种因素影响粉末性能

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。

（3）易水解，难存储运输，需对粉体进一步改性处理

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。

2. 基板的制造

（1） 陶瓷基板成型

制备AlN陶瓷基板的主要方法是流延成型法。

（2）关键步骤—烧结

烧结是AlN基板制备中的关键步骤。无压烧结因其简单性和低成本而成为 AlN 基板最常见的烧结方法，但通常需要高温和烧结助剂才能实现高性能。

烧结炉内温度的均匀性对AlN陶瓷的性能影响显著。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。

为了使陶瓷烧结致密，添加烧结助剂是最经济、有效的方法。这些材料在烧结过程中有两个用途：

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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厦门钜瓷科技有限公司是一家专注于高性能陶瓷材料研发、生产和销售的高新技术企业。作为一家领先的AlN基板制造商，公司致力于为电子、半导体、航空航天等行业提供高品质的氮化铝系列产品及解决方案，凭借卓越的品质和服务，赢得了全球客户的广泛信赖。

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