氮化铝陶瓷基板PK氧化铝陶瓷基板,封装的未来在哪？

随着芯片输入功率的不断提高,芯片体积不断地缩小，这给封装材料提出了更新、更高的要求。众所周知，芯片对热量是十分敏感的。在设备散热通道中，基板是连接内外散热通路的关键环节，兼有散热通道、电路连接和对芯片进行物理支撑的功能。

倘若不能及时的将热量发散，保持芯片低于其最大工作温度，将直接影响芯片的使用寿命，甚至不能使用。正因为如此，对高功率半导体产品来讲，基板必须具有高电绝缘性、高导热性、与芯片匹配的热膨胀系数等特性。那么，什么样的陶瓷基板更适合大功率封装，更符合未来的发展方向呢？

要在几种陶瓷基板材料中分出胜负，首先要明白陶瓷基板对材料有哪些要求。

在介绍氮化铝和氧化铝之前，我们先来介绍另外一种基板

BeO（氧化铍陶瓷基板）

BeO晶体的晶格常数为a=2.695，c=4.390，是碱土金属氧化物中唯一的六方纤锌矿结构(Wurtzite)。由于BeO具有纤锌矿型和强共价键结构，而且相对分子质量很低，因此，BeO具有极高的热导率。纯度为99%以上、致密度达99%以上的BeO陶瓷，其室温热导率可达310W/(m·K)，与金属材料的热导率十分相近。而且随着BeO含量的提高，其热导率增大。但是BeO本身的毒性严重影响了他的发展。

因此，从性能、成本和环保等方面考虑，BeO不能作为今后大功率器件发展最理想材料。

Al2O3（氧化铝陶瓷基板）与AlN（氮化铝陶瓷基板）的终极对决

Al2O3

Al2O3陶瓷基板综合性能较好，是目前应用成熟，使用范围广阔的陶瓷基板。Al2O3原料丰富、价格低，强度、硬度高，耐热冲击，绝缘性、化学稳定性、与金属附着性良好。增加基板中Al2O3的含量，可以提高其综合性能，在Al2O3中掺入Ag、Ag-Pd等金属导体或低熔玻璃，既可以降低烧结温度又可以减小介电常数。但这么做的代价就是其烧结所需的温度也会升高，制造成本相应提高。

长期以来，Al2O3都是封装中主要使用的基板材料。但相对于其他基板，Al2O3的热导率相对较低的缺点使它难以满足未来封装的需要。行业需要一种更加先进，散热系数更高的陶瓷基板。

AlN

氮化铝是兼具良好的导热性和良好的电绝缘性能少数材料之一，且具备以下优点：

（1）氮化铝的导热率较高，室温时理论导热率最高可达320W/(m·K)，是氧化铝陶瓷的8～10倍，实际生产的热导率也可高达200W/(m·K)，有利于芯片中热量散发，提高设备性能；

（2）氮化铝线膨胀系数较小，理论值为4.6×10-6/K，与半导体常用材料Si、GaAs的热膨胀系数相近，变化规律也与Si的热膨胀系数的规律相似。另外，氮化铝与GaN晶格相匹配。热匹配与晶格匹配有利于在大功率设备制备过程中芯片与基板的良好结合，这是高性能大功率封装质量的保障。

（3）氮化铝陶瓷的能隙宽度为6.2eV，绝缘性好，应用于大功率封装时不需要绝缘处理，简化了工艺。

（4）氮化铝为纤锌矿结构，以很强的共价键结合，所以具有高硬度和高强度，机械性能较好。另外，氮化铝具有较好的化学稳定性和耐高温性能，在空气氛围中温度达1000℃下可以保持稳定性，在真空中温度高达1400℃时稳定性较好，有利于在高温中烧结，且耐腐蚀性能满足后续工艺要求。

氮化铝各方面性能同样也非常全面，尤其是在电子封装对热导率的要求方面，氮化铝优势巨大。唯一不足的是，较高成本的原料和工艺使得氮化铝陶瓷价格很高，这是制约氮化铝基板发展的主要问题。但是随着氮化铝制备技术的不断发展，其成本必定会有所降低，氮化铝陶瓷基板在大功率封装领域大面积应用指日可待。