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過(guò)去的幾十年里，氧化鈹一直是用于射頻電阻器和大功率應(yīng)用終端的主要基板材料。雖然氧化鈹非常適合電子行業(yè)的高功率應(yīng)用，但其粉塵顆粒有毒。如果吸收了氧化鈹顆粒，它們是可能會(huì)導(dǎo)致中毒，而這是一種肺部炎癥。由于全球范圍內(nèi)新出現(xiàn)的健康和安全法規(guī)，在各行業(yè)正在限制氧化鈹作為陶瓷基板材料。因此，電子行業(yè)正在尋找環(huán)保的基板材料來(lái)替代氧化鈹。氮化鋁的早期開(kāi)發(fā)是在1960年代，也是用于陶瓷封裝，氮化鋁陶瓷基板具有氧化鋁的導(dǎo)熱率和不超過(guò)氧化鋁的介電常數(shù)。

氮化鋁和氧化鈹基板的性質(zhì)：

經(jīng)過(guò)廣泛研究和開(kāi)發(fā)，隨著熱導(dǎo)率的提高，氮化鋁已成為氧化鈹替代基板材料。雖然它不能作為氧化鈹?shù)?span style="font-size: 16px; font-family: Calibri; ">100%直接替代品，但它無(wú)毒、操作安全，并且其導(dǎo)熱率遠(yuǎn)高于氧化鋁并接近氧化鈹。圖1看出氮化鋁、氧化鈹和氧化鋁的電氣和物理特性，氮化鋁的介電常數(shù)為8.9，高于氧化鈹，這是電路設(shè)計(jì)人員關(guān)注的問(wèn)題，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致高并聯(lián)電容。因此，為氧化鈹制定的設(shè)計(jì)規(guī)則不能用于氮化鋁陶瓷基板?？梢栽趲в械X器件的設(shè)計(jì)中引入調(diào)諧電路，以克服額外電容的影響。氮化鋁可用的熱分析數(shù)據(jù)使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⑦@種襯底材料用于高功率微波應(yīng)用，也是1996年氮化鋁陶瓷基板的電阻器和終端的器件上首次被實(shí)現(xiàn)。

在幾十年前，為氧化鋁和氧化鈹陶瓷開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)是厚膜漿料系統(tǒng)里被發(fā)現(xiàn)不適用于氮化鋁陶瓷基板材料。厚膜漿料制造商必須投入資源開(kāi)發(fā)與氮化鋁兼容的新厚膜漿料和工藝。無(wú)論是使用氮化鋁、氧化鈹還是氧化鋁，成功的厚膜漿料系統(tǒng)的關(guān)鍵在于燒制厚膜對(duì)陶瓷基板的長(zhǎng)期粘附可靠性。

在使用氮化鋁的情況下，在涂敷厚膜漿料之前，必須對(duì)表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)備。這通常涉及研磨表面或使用特殊溶劑進(jìn)行清潔過(guò)程，為了比較氧化鈹和氮化鋁之間的表面光潔度，使用3D表面掃描輪廓儀KLA-Tencor P-11進(jìn)行表面掃描。圖2比較氧化鈹和氮化鋁的3D掃描粗糙度值。

像這樣的表面光潔度對(duì)于厚膜是可以接受的，但對(duì)于薄膜應(yīng)用是不可接受的。在研磨過(guò)程中引入的任何表面缺陷都會(huì)嚴(yán)重降低組件的性能。表面粗糙度對(duì)電阻器的影響會(huì)導(dǎo)致整個(gè)基板表面的電阻值發(fā)生變化。對(duì)于薄膜應(yīng)用，2 到 6 分鐘的表面光潔度是合適的，這可以最大限度地減少整個(gè)表面的電阻變化。這種表面光潔度水平是通過(guò)拋光粗糙表面直到達(dá)到所需的表面光潔度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

與氧化鈹不同，氮化鋁需要選擇合適的供應(yīng)商，然后調(diào)整制造工藝以使基板合格。由于不同的供應(yīng)商會(huì)產(chǎn)生不同的成分和表面光潔度，因此選擇正確的供應(yīng)商很重要。合適的供應(yīng)商還可以減少批次之間的不一致。

薄膜技術(shù)已成功應(yīng)用于氮化鋁陶瓷基板，用于制造用于大功率應(yīng)用的射頻電阻器和終端。由于氮化鋁表面，無(wú)論是薄膜還是厚膜應(yīng)用，在高溫下與水接觸時(shí)都會(huì)分解為無(wú)定形氫氧化鋁，因此在進(jìn)行薄膜加工時(shí)進(jìn)行嚴(yán)格的控制非常重要。氮化鋁與含有氨的清潔溶液發(fā)生反應(yīng)。氨將蝕刻基材并產(chǎn)生多孔表面光潔度。所有這些反應(yīng)都會(huì)導(dǎo)致薄膜和基板之間的粘附性變差，并且還會(huì)在基板上產(chǎn)生電阻值的變化。

同樣，在 100°C 及以上的潮濕條件下運(yùn)行時(shí)，氮化鋁高功率電阻元件可能會(huì)出現(xiàn)潛在的可靠性問(wèn)題。為了克服這個(gè)問(wèn)題，薄膜元件在使用氮化硅或聚酰亞胺涂層的處理過(guò)程中受到保護(hù)，不會(huì)受潮和損壞。

而氮化鋁陶瓷基板具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱性、高電阻率、小密度、低介電常數(shù)、無(wú)毒、熱膨脹系數(shù)與Si相容等優(yōu)良性能。它們將逐步取代傳統(tǒng)的大功率電阻器件材料，成為未來(lái)最有發(fā)展前景的陶瓷基板材料之一。