火熱的氮化鋁（AlN?）陶瓷基板制備工藝簡介

氮化鋁陶瓷具備優(yōu)異的綜合性能，是近年來受到廣泛關(guān)注的新一代先進陶瓷，具有高熱導率、低介電常數(shù)、低介電損耗、優(yōu)良的電絕緣性，與硅相匹配的熱膨脹系數(shù)及無毒性等優(yōu)點，使其成為高密度、大功率和高速集成電路基板和封裝的理想材料。

雖然熱壓、等靜壓適用于制備高性能的片式氮化鋁，但成本高、生產(chǎn)效率低，無法滿足電子工業(yè)對氮化鋁陶瓷基片用量日益增加的需求。為了解決這一問題，近年來很多廠家采用流延法成型氮化鋁陶瓷基片。流延法也已成為電子工業(yè)用氮化鋁陶瓷基板的主要成型工藝。

氮化鋁基板工藝流程

在氮化鋁漿料制備中，通常要加入有機混合溶劑如分散劑及粘結(jié)劑、 塑性劑等以獲得易于流延成型的漿料特性。除此之外，一般還會加入Y2O3用作在常壓燒結(jié)條件下起著燒結(jié)助劑的作用。漿料的粘度對基板的性能有重要的影響。而影響漿料粘度的因素有研磨時間、 有機混合溶劑摻量、 分散劑摻量及粘結(jié)劑、 塑性劑等。所以漿料的配方選擇、工藝控制對陶瓷基板的性能影響十分顯著。

圖源自丸和官網(wǎng)

流延成型生產(chǎn)效率高，易于實現(xiàn)生產(chǎn)連續(xù)化和自動化，降低成本，實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。生產(chǎn)的基板厚度可薄至10μm以下，厚可至1mm以上。流延成型是AlN氮化鋁陶瓷基板向?qū)嵱没D(zhuǎn)化的重要一步，有著重要的應用前景。

與其他成型工藝相比，流延成型具有很多優(yōu)點：

1)設(shè)備工藝簡單，可連續(xù)生產(chǎn)；

2)可制備單相或復相陶瓷薄片材料；

3)產(chǎn)品的缺陷小，性能均一，生產(chǎn)效率高，可連續(xù)操作；

4)均可大、小批量生產(chǎn)，適于工業(yè)生產(chǎn)；

5)非常適用于大型薄板的陶瓷部件的制備，這是流延成型最大的特點，是壓制或者擠壓成型工藝很難實現(xiàn)的。

圖源自合肥費舍羅

經(jīng)流延法制得的基片素坯，由于內(nèi)含大量的有機物，其內(nèi)部的孔隙率較大，強度較低，若直接進行燒結(jié)，會導致基板產(chǎn)生較強的收縮，基板翹曲，而且在燒結(jié)時還會導致坯片的相互粘結(jié)，影響基板的成品率和熱導率。為了防止以上缺陷的產(chǎn)生，在1100℃的氮氣氣氛爐中預燒后在進行燒結(jié)，可以提高素坯強度，減少孔隙率，得到平整度高、性能良好的AlN基板材料。

圖源自島津官網(wǎng)

在經(jīng)排膠之后，氮化鋁基板將進行高溫燒結(jié)。高導熱氮化鋁基片的燒結(jié)工藝重點包括燒結(jié)方式、燒結(jié)助劑的添加、燒結(jié)氣氛的控制等。

由于AlN屬于共價化合物，自擴散系數(shù)小，燒結(jié)致密化非常困難，通常需要使用稀土金屬氧化物和堿土金屬氧化物作為燒結(jié)助劑來促進燒結(jié)，但仍需要1800℃以上的燒結(jié)溫度。通過以下三種途徑可以獲得致密的高性能氮化鋁陶瓷：（1）使用超細粉；（2）熱壓或等靜壓；（3）引入燒結(jié)助劑。

AlN基片較常用的燒結(jié)工藝一般有5種，即熱壓燒結(jié)、無壓燒結(jié)、微波燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)和自蔓延燒結(jié)。其中熱壓燒結(jié)是目前制備高熱導率致密化AlN陶瓷的主要工藝。

氮化鋁陶瓷基版從粉體的制備、再到配方混料、基板成型、燒結(jié)及后期加工等特殊要求很高，尤其是在高端產(chǎn)品領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品性能、穩(wěn)定性等要求更高，再加上設(shè)備投資大、制造工藝復雜，其準入門檻較高。當前在國內(nèi)氮化鋁陶瓷基板能真正量產(chǎn)的企業(yè)并不多。但由于電子陶瓷產(chǎn)品的國產(chǎn)化進程加速，再加上氮化鋁陶瓷基板本身的物化特性，在功率晶體管模塊基板、激光二極管安裝基板，以及作為高導熱基板材料在IC封裝中的使用越來越多，近幾年入局氮化鋁基板的企業(yè)越來越多。盡管目前氮化鋁基板的性能與國外仍有差距，但相信在不久的將來特別是在高端用產(chǎn)品上將蓬勃發(fā)展。

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