氮化鋁陶瓷為什么適合做電路基板

氮化鋁（AlN）為六方晶型，純AlN呈藍(lán)白色，通常為灰色或灰白色。作為一種綜合性能優(yōu)良的新型陶瓷材料，氮化鋁陶瓷具有優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性，可靠的電絕緣性，低的介電常數(shù)和介電損耗，無毒以及與硅相匹配的熱膨脹系數(shù)等一系列優(yōu)良特性，被認(rèn)為是新一代高集成度半導(dǎo)體基片和電子器件封裝的理想材料。本文就AlN材料的制備及應(yīng)用做簡要介紹。鈞杰陶瓷是一家專業(yè)生產(chǎn)加工氮化鋁陶瓷材料的廠家。公司現(xiàn)有自己的專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊，并與多家科研機構(gòu)及高等院校建立了密切的產(chǎn)學(xué)科研合作關(guān)系。鈞杰陶瓷常年致力于從事特種陶瓷材料的技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計制造以及現(xiàn)場施工，確保為用戶提供優(yōu)質(zhì)的特種陶瓷防腐材料及工程服務(wù)。咨詢鈞杰陶瓷聯(lián)系電話：134 128 56568。

氮化鋁陶瓷的制備方法
同其它陶瓷材料的制備工藝基本相似，共3個制備過程：粉體的合成、成型、燒結(jié)。
1. AlN粉體的制備
氮化鋁粉末作為制備最終陶瓷成品的原料，其純度、粒度、氧含量以及其它雜質(zhì)的含量都對后續(xù)成品的熱導(dǎo)性能、后續(xù)燒結(jié)，成形工藝有重要影響，是最終成品性能優(yōu)異與否的基石。氮化鋁粉體的合成方法有以下幾種：
①直接氮化法：在高溫氮氣氛圍中，鋁粉直接與氮氣化合生產(chǎn)氮化鋁粉末，反應(yīng)溫度一般在800℃~1200℃。
②碳熱還原法：將氧化鋁粉末和碳粉的混合粉末在高溫下（1400℃~1800℃）的流動氮氣中發(fā)生還原氮化反應(yīng)生成AlN粉末。
③自蔓延高溫合成法：該方法為鋁粉的直接氮化，充分利用了鋁粉直接氮化為強放熱反應(yīng)的特點，將鋁粉于氮氣中點然后，利用鋁和氮氣之間的高化學(xué)反應(yīng)熱使反應(yīng)自行維持下去，合成AlN。
④化學(xué)氣相沉積法：利用鋁的揮發(fā)性化合物與氮氣或氨氣反應(yīng)，從氣相中沉淀析出氮化鋁粉末；根據(jù)選擇鋁源的不同，分為無機物（鹵化鋁）和有機物（烷基鋁）化學(xué)氣相沉積法。[1]
表1.氮化鋁粉末常見的制備方法及優(yōu)缺點

2.AlN的成型工藝
氮化鋁粉末的成型工藝有很多種，傳統(tǒng)的成型工藝諸如模壓、熱壓、等靜壓等均適用。由于氮化鋁粉末的親水性強，為了減少氮化鋁的氧化，成型過程中應(yīng)盡量避免與水接觸。另外，熱壓、等靜壓雖然適用于制備高性能的塊體氮化鋁瓷材料，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，近年來人們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)用氮化鋁陶瓷基本的主要成型工藝。[1]

氮化鋁陶瓷的應(yīng)用
1.AlN作為基片材料
大多數(shù)陶瓷是離子鍵或共價鍵極強的材料，具有優(yōu)異的綜合性能，是電子封裝中常用的基片材料，具有較高的絕緣性能和優(yōu)異的高頻特性，同時線膨脹系數(shù)與電子元器件非常相近，化學(xué)性能非常穩(wěn)定且熱導(dǎo)率高。1985年~1988年期間興起了氮化鋁在微電子包封材料方面的應(yīng)用。原來長期絕大多數(shù)大功率混合集成電路的基板材料一直沿用氧化鋁和氧化鈹陶瓷，但氧化鋁基本的熱導(dǎo)率低，熱膨脹系數(shù)和硅不太匹配；氧化鈹雖然具有優(yōu)良的綜合性能，但其較高的生產(chǎn)成本和劇毒的缺點限制了它的應(yīng)用推廣。因此，從性能、成本和環(huán)保等因素考慮，二者已不能完全滿足現(xiàn)代電子功率器件發(fā)展的需要。

2.AlN作為電子膜材料
電子薄膜材料是微電子技術(shù)和光電子技術(shù)的基礎(chǔ)，因而對各種新型電子薄膜材料的研究成為眾多科研工作者關(guān)注的熱點。氮化鋁于19世紀(jì)60年代被人們發(fā)現(xiàn)可作為電子薄膜材料，并具有廣泛的應(yīng)用。近年來，以ⅢA族氮化物為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料和電子器件發(fā)展迅猛，被稱為繼以Si為代表的第一代半導(dǎo)體和以GaAs為代表的第二代半導(dǎo)體之后的第三代半導(dǎo)體。AlN作為典型性的ⅢA族氮化物得到了越來越多國內(nèi)外科研人員的重視。[2]

3.AlN作為坩堝或耐火材料的涂層
氮化鋁所具有的耐腐蝕性能，可被熔融鋁浸潤但不能與之反應(yīng)，包括銅、鋰、鈾、鐵在內(nèi)的化合物合金以及一些超耐熱合金；并且氮化鋁對碳酸鹽、低共熔混合物、氯化物、冰晶石等許多熔鹽穩(wěn)定。因此可以被制成坩堝或耐火材料的涂層。
氮化鋁可用作真空蒸發(fā)和熔煉金屬的容器，特別適于真空蒸發(fā)Al的坩堝，AlN在真空中加熱雖然蒸氣壓低，但即使分解，也不會污染鋁。AlN也可以作熱電偶保護(hù)套，在空氣中800~1000℃鋁池中連續(xù)浸泡3000h以上也沒有侵蝕破壞。在半導(dǎo)體工業(yè)中，用AlN坩堝代替石英坩堝合成砷化鎵，可以完全消除Si對砷化鎵的污染而得到高純產(chǎn)品。[3]

氮化鋁的多種優(yōu)異性能決定了其多方面應(yīng)用，作為壓電薄膜，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用；作為電子器件和集成電路的封裝、介質(zhì)隔離和卷圓材料，有著重要的應(yīng)用前景；作為藍(lán)光、紫外發(fā)光材料也是目前的研究熱點；作為高聚物材料，可用來固定模具、制作膠黏劑、熱潤滑脂和散熱墊……經(jīng)過市場的進(jìn)一步拓展開發(fā)，氮化鋁陶瓷材料的應(yīng)用范圍將會越來越廣。