这几年，毫无疑问它属于信息技术时代。随着微电子工业的飞速发展，氮化铝陶瓷基板已广泛用于制造超大规模集成电路。作为一种高导热陶瓷基板和封装材料，氮化铝陶瓷基板备受关注。

毋庸置疑，氮化铝（AlN）的优点是其热导率是最广泛使用的氧化铝陶瓷的7倍。同时具有低介电常数、氧化铝的优良电性能、硅相近的热膨胀率、高比强度、低密度、无毒等特点。因此，使用氮化铝陶瓷基板的电子元件的“轻”，着实令人羡慕。但有得也有失。目前，氮化铝陶瓷基板面临一个很大的困境，即高昂的成本在一定程度上影响了其应用推广。

这些成本从何而来？如前所述，AlN的热导率非常出色（理论上可达320W/m-k）。但由于氮化铝陶瓷中的杂质和缺陷，使产品的导热系数与理论值相差甚远。因此，为了尽可能接近理论热导率并突出氮化铝本身的优势，制造商必须在衬底的制备中处处检查，以避免出现明显的性能缺陷。每一道工序的改进和高成本的结果，自然是顺理成章的。详见下文分析。

一、氮化铝粉末的制备

首先是原材料，氮化铝粉末用作制备最终陶瓷产品的原料。其纯度、粒度、氧含量及其他杂质含量对后续产品的导热性、后续烧结和成型工艺有重要影响，是最终产品性能好坏的基石。氮化铝粉末的合成方法如下：

1、直接氮化法：在高温氮气气氛下，铝粉与氮气直接结合生成氮化铝粉，反应温度一般为800℃~1200℃。

2、碳热还原法：将Al2O3粉末和碳粉的混合粉末在流动的氮气中，在高温（1400℃~1800℃）下还原氮化，形成氮化铝粉末。

3、自蔓延高温合成法：该法为铝粉直接氮化，充分利用铝粉直接氮化作为强放热反应的特点。将铝粉置于氮的中点，然后通过铝和氮之间的高化学反应热维持反应，合成氮化铝。

4、化学气相沉积法：铝的挥发性化合物与氮气或氨气反应，从气相中沉淀出氮化铝粉末；根据铝源不同，可分为无机（卤化铝）和有机（烷基铝）化学气相沉积。

显然高纯度、细粒度和窄粒度分布的氮化铝粉体所需的工艺要么是成本高、制备工艺复杂、生产效率低，要么是设备要求高，这一系列困难的后果是优质氮化铝粉的价格上涨。

二、氮化铝的成型

氮化铝粉末的成型工艺较多，可适用成型、热压、等静压等传统成型工艺。其中，热压和等静压适用于制备高性能块体氮化铝陶瓷材料，但成本高、生产效率低，不能满足电子行业对氮化铝陶瓷基板日益增长的需求。为了解决这个问题，近年来采用流延成型的方法形成了氮化铝陶瓷基板。流延成型也成为电子工业用氮化铝陶瓷的主要基本成型工艺。

三、氮化铝的烧结

氮化铝的烧结工艺比较苛刻，烧结或热压烧结温度常在1800℃以上。为实现致密烧结，降低杂质和晶界相含量，简化工艺，降低成本，氮化铝陶瓷烧结工艺的要点如下：首先，选择合适的烧结工艺和气氛；二是选择合适的烧结助剂。

1、烧结工艺

氮化铝的自扩散系数低，烧结非常困难。氮化铝陶瓷基板一般有五种常见的烧结工艺。

①热压烧结：即在一定压力下对陶瓷进行烧结，可以同时进行加热烧结和加压成型，得到晶粒细、相对密度高、力学性能好的陶瓷。

② 无压烧结：烧结工艺简单。常压烧结氮化铝陶瓷的一般温度范围为1600-2000℃。适当提高烧结温度，延长保温时间，可以提高氮化铝陶瓷的密度，但强度相对较低。

③微波烧结：微波烧结也是一种快速烧结方法，利用微波与介质的相互作用，产生介电损耗，使整个机体发热。

④火花等离子烧结：集等离子活化、热压、电阻加热等技术于一体，具有烧结速度快、晶粒尺寸均匀等特点，但设备成本高，加工工件尺寸有限。

⑤自蔓延烧结：即在超高压氮气下通过自蔓延高温合成反应直接制备致密的AlN陶瓷材料。但是，由于原料中的Al在高温燃烧反应下易熔化，阻碍了氮向坯料的渗透，因此很难获得高密度的氮化铝陶瓷。

在上述五种烧结工艺中，热压烧结是制备高导热致密AlN陶瓷的主要工艺。但其工艺较为复杂，对设备要求高，生产效率低，成本自然较高。

2、烧结气氛

目前氮化铝陶瓷基板的烧结气氛有中性气氛、还原了气氛和弱还原气氛三种。普通N2用于中性气氛，CO用于还原气氛，H2用于弱还原气氛。在还原气氛中，氮化铝陶瓷的烧结时间和保温时间不宜过长，烧结温度也不宜过高，以免氮化铝还原。上述情况在中性气氛下不会发生，因此一般选择在氮气中烧结以获得更高性能的AlN陶瓷。

3、烧结助剂的添加

在氮化铝陶瓷基板的烧结过程中，除了影响产品性能的工艺和气氛外，烧结助剂的选择也尤为重要。

氮化铝烧结助剂一般为碱金属氧化物和碱土金属氧化物，助烧剂主要有两个作用：一方面形成低熔点相，实现液相烧结，降低烧结温度，促进生坯致密化；另一方面，高导热性是AlN衬底的重要性能。由于氮化铝衬底中存在氧杂质等各种缺陷，热导率低于理论值。添加烧结助剂可与氧发生反应，使晶格完整，提高导热性。

用于烧结氮化铝陶瓷基板的烧结助剂主要有Y2O3、Cao、Yb2O3、Sm2O3、li2o3、B2O3、CaF2、yf3、CaC2等或它们的混合物。选择多种复合烧结助剂，往往能获得比单一烧结助剂更好的烧结效果，实现AlN低温烧结，降低能耗，便于连续生产。为了找到合适的低温烧结助剂，厂家往往需要投入大量的时间和精力进行研发，所以这部分也会体现在氮化铝陶瓷基板的价格上。