如今毫無疑問，它屬于信息技術時代。隨著微電子工業(yè)的快速發(fā)展，氮化鋁陶瓷基板已廣泛用于制造超大規(guī)模集成電路。作為一種高導熱陶瓷基板和封裝材料，氮化鋁陶瓷基板如今已備受關注。

毋庸置疑，氮化鋁的優(yōu)點是其熱導率是最廣泛使用的氧化鋁陶瓷的7倍。同時它具有低介電常數(shù)、與氧化鋁相比的優(yōu)良電性能、與硅相近的熱膨脹率、高比強度、低密度、無毒等特點。因此，在使用氮化鋁陶瓷基板的電子元件的“輕”，著實令人羨慕。但有得也有失。目前，氮化鋁陶瓷基板面臨著一個很大的困境，即高昂的成本在一定程度上影響了其應用推廣。

那么這些成本從何而來？如前所述，氮化鋁的導熱性非常出色（理論上可達320W/m-k）。但由于氮化鋁陶瓷中的雜質(zhì)和缺陷，產(chǎn)品的導熱系數(shù)與理論值相差甚遠。因此，為了盡可能接近理論熱導率并突出氮化鋁本身的優(yōu)勢，制造商必須在基板的制備中處處檢查，以避免出現(xiàn)明顯的性能缺陷。而每一道工序的改進，以及“高成本”的結果，自然是順理成章的。以下文分析成本較高的氮化鋁陶瓷。

一、氮化鋁粉末的制備

首先是原材料。氮化鋁粉末用作制備最終陶瓷產(chǎn)品的原料，其純度、粒度、氧含量及其他雜質(zhì)含量對后續(xù)產(chǎn)品的導熱性、后續(xù)燒結和成型工藝有著重要影響，是最終產(chǎn)品性能好壞的基石。

氮化鋁粉末的合成方法如下：

1. 直接氮化法：在高溫氮氣氣體下，鋁粉與氮氣直接結合生成氮化鋁粉，反應溫度一般為800℃~1200℃。

2. 碳熱還原法：將氧化鋁粉和碳粉的混合粉在流動的氮氣中在高溫（1400℃~1800℃）中還原氮化，形成氮化鋁粉。

3. 自蔓延高溫合成法：此法為鋁粉直接氮化，充分利用鋁粉直接氮化作為強放熱反應的特點。將鋁粉置于氮的中點，然后通過鋁和氮之間的高化學反應熱維持反應，合成氮化鋁。

4. 化學氣相沉積法：鋁的揮發(fā)化合物與氮氣或氨氣反應，從氣相中沉淀出氮化鋁粉末；根據(jù)鋁源不同，可分為無機（鹵化鋁）和有機（烷基鋁）化學氣相沉積。

顯然高純度、細粒度和窄粒度分布的氮化鋁粉體所需的工藝要么是成本高、制備工藝復雜、生產(chǎn)效率低、要么是設備要求高。這一系列困難的后果是優(yōu)質(zhì)氮化鋁粉的價格上漲。

二、氮化鋁陶瓷成型

氮化鋁粉末的成型工藝較多、可適用成型、熱壓、等靜壓等傳統(tǒng)成型工藝。其中，熱壓和等靜壓適用于制備高性能塊體氮化鋁陶瓷材料，但成本高、生產(chǎn)效率低，不能滿足電子行業(yè)對氮化鋁陶瓷基板日益增長的需求。為了解決這個問題，近年來已經(jīng)通過流延成型形成氮化鋁陶瓷基板，流延成型也成為電子工業(yè)用氮化鋁陶瓷基板的主要基本成型工藝。

另外，由于氮化鋁粉體的親水性強，為了減少氮化鋁的氮化或者在成型的過程中避免與水接觸，即需要用有機漿料制備氮化鋁陶瓷材料。但由于所用有機溶劑揮發(fā)性強，會對環(huán)境和人體產(chǎn)生不良影響，造成環(huán)境污染問題；不需要提高氮化鋁粉末的表面抗水解能力，如借助疏水性和親水性有機物在氮化鋁表面形成涂層，或在一定氧分壓氣氛下對氮化鋁粉末進行處理，形成致密的氧化鋁其表面的層等。

三、氮化鋁陶瓷的燒結

氮化鋁的燒結工藝比較苛刻，燒結或熱壓燒結溫度常在1800℃以上。為實現(xiàn)致密燒結，降低雜質(zhì)和晶界相含量，簡化工藝，降低成本，氮化鋁陶瓷燒結工藝的要點如下：首先，選擇合適的燒結工藝和氣氛；二是選擇合適的燒結助劑。

1、燒結工藝

氮化鋁的自擴散系數(shù)低，燒結非常困難。氮化鋁陶瓷基板一般有五種常見的燒結工藝。

①熱壓燒結：即在一定壓力下對陶瓷進行燒結，可以同時進行加熱燒結和加壓成型，得到晶粒細小、相對密度高、力學性能好的陶瓷。

② 無壓燒結：燒結工藝簡單。常壓燒結氮化鋁陶瓷的一般溫度范圍為1600-2000℃。適當提高燒結溫度，延長保溫時間，可以提高氮化鋁陶瓷的密度，但強度相對較低。

③微波燒結：微波燒結也是一種快速燒結方法，利用微波與介質(zhì)的相互作用，產(chǎn)生介電損耗，使整體發(fā)熱。

④火花等離子燒結：集等離子活化、熱壓、電阻加熱等技術于一體，具有燒結速度快、晶粒尺寸均勻等特點，但設備成本高，加工工件尺寸有限。

⑤自蔓延燒結：即在超高壓氮氣下通過自蔓延高溫合成反應直接制備致密的AlN陶瓷材料。但是，由于原料中的氮化鋁在高溫燃燒反應下易熔化，阻礙了氮向坯料的滲透，因此很難獲得高密度的氮化鋁陶瓷基板。

2、燒結氣氛

目前氮化鋁陶瓷的燒結氣氛有中性氣氛、還原氣氛和弱還原氣氛三種。普通N2用于中性氣氛，CO用于還原氣氛，H2用于弱還原氣氛。

在還原氣氛中，氮化鋁陶瓷的燒結時間和保溫時間不宜過長，燒結溫度也不宜過高，以免氮化鋁被還原。上述情況在中性氣氛下不會發(fā)生，因此一般選擇在氮氣中燒結以獲得更高性能的氮化鋁陶瓷。

3、燒結助劑的添加

在氮化鋁陶瓷基板的燒結過程中，除了影響產(chǎn)品性能的工藝和氣氛外，燒結助劑的選擇也尤為重要。

氮化鋁燒結助劑一般為堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物。助燒劑主要有兩個作用：一方面形成低熔點相，實現(xiàn)液相燒結，降低燒結溫度，促進生坯致密化；另一方面，高導熱性是氮化鋁襯底的重要性能。由于氮化鋁襯底中存在氧雜質(zhì)等各種缺陷，熱導率低于理論值。添加燒結助劑可與氧發(fā)生反應，使晶格完整，提高導熱性。

用于燒結氮化鋁陶瓷的燒結助劑主要有Y2O3、Cao、Yb2O3、Sm2O3、li2o3、B2O3、CaF2、yf3、CaC2等或它們的混合物。選擇多種復合燒結助劑，往往能獲得比單一燒結助劑更好的燒結效果，實現(xiàn)氮化鋁低溫燒結，降低能耗，便于連續(xù)生產(chǎn)。為了找到合適的低溫燒結助劑，廠家往往需要投入大量的時間和精力進行研發(fā)，所以這部分也會體現(xiàn)在氮化鋁陶瓷基板的價格上。