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从智高手机等小我用品到机灵都会等社会设备，半导体资产对人类生存有着深刻的影响。为了更好地哄骗其上风为人类赢取更丰盛的也许性，天下列都门投入了洪量的精神对半导体材料停止研讨，特别是当今正火的第三代半导体。

第三代半导体中要紧包罗氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化锌（ZnO）等，它们在电子迁徙率、饱和漂移速度、禁带宽度三项目标上均有杰出的展现，这就象征着用第三代半导体系成的器件也许耐高压、耐高温，况且功率大、抗辐射、导电本能强、做事速度快、做事花费低，在光电子、电力电子和无线射频范围都有很大的运用上风。

不过这边有个题目，若是功率半导体器件要同时完备高电压、大电流、大功率密度、小尺寸等特性，就象征着它孕育的热量将会特地可观。是以，高效的散热系统是必弗成少的，这就请求其功率集成电路中的基板材料务必要同时具备优良的板滞牢靠性以及较高的热导率。在可采用的基板中，陶瓷基板在散热上比拟其余衬底材料来讲更具上风，是以被精深认同是电子行业的他日趋向。

哪类陶瓷基板好用？

即使陶瓷基板是遍及要比其余衬底材料完备更高的热导率，但详细哪类陶瓷材料更有上风，那还得详细剖析剖析。当今可供抉择的有氧化铝、氧化铍、氮化铝、氮化硅等，除了氧化铍因具备剧毒且临盆成本较高正常不投入有用外，其余三者在本能、工艺、成本等方面各有上风及不够，详细下列：

01氧化铝

Al2O3是当今运用最为精深的陶瓷之一，也是最为老练的陶瓷基板材料，因其板滞强度大、绝缘、耐高温、褂讪性好、高性价比以及对热冲锋影响的优良抵挡性、与金属之间能孕育密封的钎焊等上风，况且建造和加工工艺都很老练，是电子陶瓷基板的崇高质料，当今被精深运用于厚膜电路、薄膜电路、搀和电路、多芯片组件以及大功率IGBT模块等范围。

氧化铝基板（滥觞：凱樂士股分有限公司）

跟着电子资产的迅猛进展，氧化铝陶瓷基板的须要量也在逐年增进。不过氧化铝陶瓷即使也许满意基板的刚性承载须要及耐处境腐蚀的本能，但其理论热导率与实践热导率都偏低，是以为了更好地满意电子资产进展的请求，抬高基板产物资量，就务必要正视质料Al2O3粉体的德行以及本能目标。

通太持久的研讨和临盆运用，Al2O3的纯度、α-相含量、结晶描写、粒度散布等目标对基板产物资量影响较大。是以正常请求：

①Na2O含量低于0.1%，Fe及Fe2O、H2O含量尽也许低；

②结晶描写以球形为好；

③质料氧化铝的α-相转折率应掌握适当，且维持褂讪；

④氧化铝应通过充足研磨，淘汰重逢颗粒。

02氮化铝

AlN最为人夸奖的即是其可观的热导率（比氧化铝基板差未几高10倍）以及特别崇高的绝缘性，是以以它为质料制成的基板具备高的导热性、好的尺寸褂讪性、宽的职掌温度（做事温度局限和耐高温方面）和崇高的绝缘本能，在大功率电子半导体模块、电子加热器、半导体功率搀和电路和半导体导（散）器件等范围都有着广泛的进展前程。

氮化铝基板（滥觞：MARUWACO.,LTD）

为了最大程度表现AlN在导热上的上风，正常会对用于陶瓷基板的AlN粉体质料提议下列请求：

①铝空位会散射声子，是以氧元素的含量需矜重掌握，正常要小于1wt%；

②为了防止晶格弊端，Fe、Mg、Ca等金属杂质的总含量需不高出ppm，非金属杂质，包罗Si、C等的总含量应低于0.1wt%。

③为了更高的精致度，AlN粉末的D50尺寸尽也许的维持在1~1.5um左右且粒度匀称；

然则氮化铝陶瓷也有美中不够之处，它在常温下硬度极高且其脆性大，属于高强度的硬脆材料。遵循材料显示，AlN陶瓷的蜿蜒强度为~MPa，断裂韧性为3~4MPa·m1/2，致使氮化铝基板的行使寿命较短，使得它做为机关基板材料行使遭到了束缚。为了改良这一点，就要针对氮化铝陶瓷停止加工制程，以切合不同产物运用的规格请求。不过比起正常氧化铝陶瓷来讲，氮化铝的加工难度切实要提拔不少。

03氮化硅

Si3N4是一种归纳本能极为非凡的特种陶瓷，自身的力学本能特地优异，具备高强度、高硬度、高电阻率、优良的抗热震性、低介电花费和低膨胀系数等特性。至于热学本能，Lightfoot和Haggerty曾遵循Si3N4机关提议氮化硅的理论热导率在~W/(m·K)，是以按理来讲Si3N4切实有潜力成为一种幻想的散热和封装材料。

氮化硅基片（图片滥觞：StellarIndustriesCorp）

但现实上与前两者比拟，氮化硅陶瓷在大功率半导体器件范围的运用要少量多，这主若是由于它对照“难搞”，很难同时满意热导率及力学本能请求。当今氮化硅陶瓷实践热导率远远低于理论热导率的值，贸易化的氮化硅基板热导率差未几在85-95W/m?K之间，而一些高热导率氮化硅陶瓷(＞W/(m·K))还处于实行室阶段。

影响氮化硅陶瓷热导率的成分有晶格氧、晶相、晶界相等，此中氧原子由于在晶格中会产生固溶反映生成硅空位和孕育晶格畸变，进而引发声子散射，升高氮化硅陶瓷热导率而成为要紧成分。不过跟着制备工艺的一直优化，氮化硅陶瓷实践热导率也在一直抬高。为了升高晶格氧含量，可抉择的举措有下列：

①在质料的抉择上升高氧含量：可采用含氧量对照少的Si粉做为开始质料或高纯度的α-Si3N4或许β-Si3N4来淘汰氧含量；

②采用恰当的烧结助剂来淘汰氧含量：当今行使较多的烧结助剂是Y2O3-MgO，然则仍弗成防止地引入了氧杂质，是以也许采用非氧化物烧结助剂来交换氧化物烧结助剂，如YF3-MgO、MgF2-Y2O3等。

陶瓷基板该采用甚么建造工艺？

陶瓷板罕见的成型技巧要紧有打针成型、干压成型和流延成型等。此中，打针成型效率高，但做大尺寸薄板对照艰苦；干压成型产物密度高、基板平坦度简明保证，但临盆效率低、成本高，制备超薄基板对照艰苦。

而流延成型因其具备浩瀚好处被精深用于临盆氧化铝陶瓷基板，它是指在陶瓷粉猜中插手溶剂、散开剂、粘结剂、增塑剂等物资，进而使浆料散布匀称，而后在流延机上制成不同规格陶瓷片的建造工艺，也被称为刮刀成型法。该工艺最先呈现于上世纪40年头后期，被用于临盆陶瓷片层电容器，该工艺的好处在于：

①设立职掌简明，临盆高效，也许停止继续职掌权且动化程度较高；

②胚体密度及膜片弹性较大；

③工艺老练；

④临盆规格可控且局限较广.

但由于流延法坯体精致度较低，烧结时简明变形，制备大尺寸基板甲等品率低，因此抬高导热性、掌握良品率是其面对的要紧题目。

结语

总的来讲，即使陶瓷基板的建造工艺相对稳固，但通过采用不同的质料，它们在本能上的展现就会天差地别，接着影响下游运用范围的抉择。

不过这不代表永恒，终年从事半导体资产的人们一致觉得：“将半导体比做人类的话，目前仍然正在生长的儿童，以来该当会赓续生常年、年”。也即是说，跟着半导体资产及材料科学的进展，他日大方的陶瓷基板不论是材料仍然工艺都有也许产生改变，详细何如就让咱们刮目相待吧！

材料滥觞：

氧化铝粉体本能对流延法临盆陶瓷基板的影响，李建忠，张勇，徐大余。

高导热氮化硅陶瓷基板研讨近况，廖圣俊，周立娟，尹凯俐，王建军，姜常玺。

恰当于导热基板用AIN粉体的制备与表征，马丁。

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