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目前市場(chǎng)上所用的陶瓷材料主要有氧化鋁、氮化鋁、碳化硅和氮化硅。相較于氧化鋁和氮化鋁，氮化硅陶瓷基板具有更卓越的力學(xué)性能，同時(shí)還具備較高的熱導(dǎo)率以及極好的熱輻射性和耐熱循環(huán)性。需要采用氮化硅陶瓷作為基板，能夠確保電路板具有較大的撓度、抗折斷強(qiáng)度、抗熱震性和熱傳導(dǎo)性，從而保證大功率模塊在使用過(guò)程中可靠性，優(yōu)異的性能使氮化硅成為一種優(yōu)異的電子封裝基板材料。

一、氮化硅陶瓷基板研究背景

氮化硅陶瓷基板主要研究對(duì)應(yīng)是我國(guó)軍工航天、高鐵重工等領(lǐng)域上快速發(fā)展，能促使各項(xiàng)科技行業(yè)對(duì)大功率電子器件的需求逐步加大。為適應(yīng)更為苛刻復(fù)雜的應(yīng)用條件，大功率電子器件必須朝著耐高溫、高頻、低功耗及智能化、系統(tǒng)化、模塊化的方向發(fā)展。延伸到功率器件的組成部件上來(lái)看，其中基板的作用就是吸收在芯片產(chǎn)生的熱量，并且將熱量傳送到熱沉，由此實(shí)現(xiàn)與外界的熱交換。因此制備高熱導(dǎo)率基板材料成功研發(fā)大功率模塊電子產(chǎn)品的關(guān)鍵所在。

大功率散熱基板材料要求具有低成本、高電絕緣性、高穩(wěn)定性、高導(dǎo)熱性及芯片匹配的熱膨脹系數(shù)、平整性和較高的強(qiáng)度等。為了滿(mǎn)足這些要求，一些研究人員將目光投向了金屬氧化物、陶瓷、聚合物以及復(fù)合材料等，被實(shí)際應(yīng)用的散熱基板材料有氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、碳化硅、氧化硼、氧化鈹?shù)取?/span>

研究人員用實(shí)驗(yàn)的方法證明了氮化硅陶瓷基板具有很高的熱導(dǎo)率，且早熱膨脹系數(shù)、機(jī)械性能、抗氧化性、電絕緣性、對(duì)環(huán)境的影響等各個(gè)方面進(jìn)行了研究，結(jié)果都甚為滿(mǎn)足，由此氮化硅被認(rèn)為是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ母咚匐娐泛痛蠊β孰娮悠骷纳峄寮胺庋b材料。

二、氮化硅陶瓷基板研究現(xiàn)狀

氮化硅陶瓷基板憑其優(yōu)異性能吸引了眾多國(guó)內(nèi)外學(xué)者與研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。Kitayama等人于2000年發(fā)現(xiàn)氧擴(kuò)散進(jìn)Si3N4晶格對(duì)于其熱導(dǎo)率影響很大，所以低氧含量是提高氮化硅陶瓷熱導(dǎo)率的關(guān)鍵。

近年來(lái)，上海硅酸鹽研究所、清華大學(xué)等制備的氮化硅陶瓷熱導(dǎo)率最高可達(dá)154W·m-1·K-1左右，也歸因于使用氧含量較低的氮化硅粉體原料。然而高質(zhì)量氮化硅粉的制備方法相對(duì)復(fù)雜，成本較高，這大大限制了氮化硅粉直接制備氮化硅陶瓷基板的產(chǎn)業(yè)化研究。

然而，Zhou等利用硅粉氮化的方法制備了熱導(dǎo)率高達(dá)177W·m-1·K-1的氮化硅陶瓷。另外，隨著太陽(yáng)能技術(shù)的發(fā)展，高純硅粉制備技術(shù)也已經(jīng)非常成熟，粉體氧含量可以控制在較低水平。因此，采用高純硅粉制備氮化硅陶瓷基板逐漸成為一條可行的途徑。

為了進(jìn)一步降低成本和提高性能，采用高純硅粉流延后直接氮化燒結(jié)被業(yè)界公認(rèn)為是較為合理的低成本技術(shù)路線(xiàn)。

然而，硅和氮之間的反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)過(guò)程。由于在反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱量，很容易引發(fā)硅的熔化（熔硅）。再則，由于陶瓷基板的尺寸大（大于100mm×100mm），厚度?。s0.32mm），而純硅粉在氮化過(guò)程中，如果控制不當(dāng)，而出現(xiàn)“熔硅”，更容易導(dǎo)致具有薄片狀特征的氮化硅陶瓷基板產(chǎn)生變形和開(kāi)裂。為了實(shí)現(xiàn)較快速度氮化的同時(shí)，避免熔硅現(xiàn)象的出現(xiàn)，保證氮化硅陶瓷基板的高良品率，可以通過(guò)對(duì)催化劑和燒結(jié)助劑的研究，尋找合適的添加劑，另一方面，還可以采取硅粉結(jié)合氮化硅粉的方式制備氮化硅。由于硅粉氮化大量放熱，在硅粉中加入氮化硅作為稀釋劑，抑制熔硅的同時(shí)，也促進(jìn)了硅粉氮化。

三、氮化硅陶瓷基板制作工藝

常見(jiàn)的氮化硅陶瓷基板成型方式主要有軋膜成型、干壓成型、擠壓成型、熱壓（燒結(jié)）成型、流延成型等。目前，商業(yè)用途的氮化硅陶瓷基板的厚度范圍是0.3～0.6mm，為了實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)氮化硅陶瓷基板材料，通常選用流延成型制備氮化硅陶瓷基板材料，如下圖所示。