氮化鋁陶瓷基板解析

在2025中國制造的大背景下，我國半導(dǎo)體行業(yè)也迎來了強勢的增長，在混合微電子領(lǐng)域中，廣泛使用電氣絕緣、機械強度都比較優(yōu)良的氧化鋁陶瓷基板作為安裝半導(dǎo)體器件、制作無源元件用的基板。

但是，隨著電子設(shè)備儀器的小型輕量化，以及混合集成度大幅提高，使得基板上單位面積所需的散熱量不斷增大，特別是在大功率電路中更為顯著。氧化鋁陶瓷由于導(dǎo)熱性相對較差，室溫下導(dǎo)熱率約為15-35W/(m·K)，所以已經(jīng)不足以適應(yīng)超大功率的散熱需求。這種情況下人們采用所謂復(fù)合結(jié)構(gòu)基板，在高散熱密度部分采用氧化鈹陶瓷板或鉬基板，其他部分仍然用的是氧化鋁陶瓷基板，以適應(yīng)高散熱密度的要求。但是，復(fù)合結(jié)構(gòu)基板在價格、電性能、熱性能方面還不十分令人滿意，于是迫切要求研制出適合于高集成度、高散熱性混合集成電路用陶瓷基板。于是氮化鋁陶瓷基板就應(yīng)運而生了。氮化鋁陶瓷基板是解決高散熱密度問題的一種新型的，最適合于半導(dǎo)體芯片安裝的陶瓷基板。

氮化鋁是一種非天然存在的人造晶體，具有六方晶系纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)，為共價鍵很強的化合物，質(zhì)輕，強度高，高耐熱性，耐腐蝕，曾被用作熔化鋁的坩堝。

雖然鋁是一種半導(dǎo)體，但是其禁帶寬，在抗電強度、體電阻率、介電系數(shù)諸組諸電性能方面，完全可以將其劃分為絕緣體。所以已經(jīng)有人利用其壓電性能研制壓電陶瓷。

實際上，氮化鋁單晶的導(dǎo)熱率約250W/(m·K)，從理論上來講，室溫下氮化鋁單晶的導(dǎo)熱率可以達到320W/(m·K)，所以氮化鋁材料很適合用制造高散熱基板，氮化鋁陶瓷的化學(xué)穩(wěn)定性:對水、有機溶劑、堿很穩(wěn)定，對酸有弱腐蝕現(xiàn)象。在兩個大氣壓、121℃、蒸汽氣氛下壓縮封閉處理，隨著時間的增長，可觀測到基板重量的增加。這是由于在基板表面生成了AIO(OH),并且它會作為保護層阻止反應(yīng)的繼續(xù)進行，試驗后基板絕緣電阻仍然高達3×1011Ω，保持了良好的絕緣性能。