氮化铝（AlN?）陶瓷基板的制备工艺

氮化铝陶瓷具备优异的综合性能，是近年来受到广泛关注的新一代先进陶瓷，具有高热导率、低介电常数、低介电损耗、优良的电绝缘性，与硅相匹配的热膨胀系数及无毒性等优点，使其成为高密度、大功率和高速集成电路基板和封装的理想材料。

虽然热压、等静压适用于制备高性能的片式氮化铝，但成本高、生产效率低，无法满足电子工业对氮化铝陶瓷基片用量日益增加的需求。为了解决这一问题，近年来很多厂家采用流延法成型氮化铝陶瓷基片。流延法也已成为电子工业用氮化铝陶瓷基板的主要成型工艺。

一、球磨制浆

在氮化铝浆料制备中，通常要加入有机混合溶剂如分散剂及粘结剂、 塑性剂等以获得易于流延成型的浆料特性。除此之外，一般还会加入Y2O3用作在常压烧结条件下起着烧结助剂的作用。浆料的粘度对基板的性能有重要的影响。而影响浆料粘度的因素有研磨时间、 有机混合溶剂掺量、 分散剂掺量及粘结剂、 塑性剂等。所以浆料的配方选择、工艺控制对陶瓷基板的性能影响十分显著。

二、流延成型

流延成型生产效率高，易于实现生产连续化和自动化，降低成本，实现大批量生产。生产的基板厚度可薄至10μm以下，厚可至1mm以上。流延成型是AlN氮化铝陶瓷基板向实用化转化的重要一步，有着重要的应用前景。

与其他成型工艺相比，流延成型具有很多优点：

1)设备工艺简单，可连续生产；

2)可制备单相或复相陶瓷薄片材料；

3)产品的缺陷小，性能均一，生产效率高，可连续操作；

4)均可大、小批量生产，适于工业生产；

5)非常适用于大型薄板的陶瓷部件的制备，这是流延成型最大的特点，是压制或者挤压成型工艺很难实现的。

三、排胶

经流延法制得的基片素坯，由于内含大量的有机物，其内部的孔隙率较大，强度较低，若直接进行烧结，会导致基板产生较强的收缩，基板翘曲，而且在烧结时还会导致坯片的相互粘结，影响基板的成品率和热导率。为了防止以上缺陷的产生，在1100℃的氮气气氛炉中预烧后在进行烧结，可以提高素坯强度，减少孔隙率，得到平整度高、性能良好的AlN基板材料。

四、烧结

在经排胶之后，氮化铝基板将进行高温烧结。高导热氮化铝基片的烧结工艺重点包括烧结方式、烧结助剂的添加、烧结气氛的控制等。

由于AlN属于共价化合物，自扩散系数小，烧结致密化非常困难，通常需要使用稀土金属氧化物和碱土金属氧化物作为烧结助剂来促进烧结，但仍需要1800℃以上的烧结温度。通过以下三种途径可以获得致密的高性能氮化铝陶瓷：（1）使用超细粉；（2）热压或等静压；（3）引入烧结助剂。

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、微波烧结、放电等离子烧结和自蔓延烧结。其中热压烧结是目前制备高热导率致密化AlN陶瓷的主要工艺。

氮化铝陶瓷基版从粉体的制备、再到配方混料、基板成型、烧结及后期加工等特殊要求很高，尤其是在高端产品领域对产品性能、稳定性等要求更高，再加上设备投资大、制造工艺复杂，其准入门槛较高。当前在国内氮化铝陶瓷基板能真正量产的企业并不多。但由于电子陶瓷产品的国产化进程加速，再加上氮化铝陶瓷基板本身的物化特性，在功率晶体管模块基板、激光二极管安装基板，以及作为高导热基板材料在IC封装中的使用越来越多，近几年入局氮化铝基板的企业越来越多。尽管目前氮化铝基板的性能与国外仍有差距，但相信在不久的将来特别是在高端用产品上将蓬勃发展。