2世纪以来，电子技术飞速发展，电子元器件的集成度和组装密度也日益提升，但随之而来的散热问题却成为了制约器件性能和可靠性的瓶颈。特别是在大功率LED封装领域，高达70%~80%的输入功率都会转化为热量，若不及时散出，将对器件造成严重影响。为了解决这一问题，人们开始寻求高效的散热方案。其中，采用封装基板将芯片产生的热量导出并与外界环境进行热交换，成为了一种有效的散热途径。而陶瓷材料，因其热导率高、耐热性强、绝缘性能优异、强度高以及与芯片材料良好的热匹配性，逐渐成为了功率器件封装基板的理想选择。图片来源：中瓷电子

氮化铝，高导热及综合性能的优选

长期以来，陶瓷基板领域中，Al2OSiC和BeO等材料一直占据一席之地。尽管Al2O3陶瓷作为最早开发的陶瓷，其制备技术成熟且成本低廉，应用广泛，但热导率仅为7-25W/(m·K)，且与Si及GaAs等半导体材料的热膨胀系数不匹配，这在一定程度上限制了其在高频、大功率、高集成电路中的应用。SiC陶瓷基板虽然热导率较高，且热膨胀系数与Si相近，但介电性能欠佳，烧结损耗大、成本高，且难以获得致密的产品，这对其大规模应用构成了一定的挑战。而BeO虽然热导率与AlN相当，但热膨胀系数过高，且粉体具有毒性，这在全球范围内已导致其使用受限。

因此，在寻求高性能陶瓷基板的道路上，氮化铝（AlN）因其出色的综合性能而备受瞩目。它不仅具有高热导率，还能与Si及GaAs等半导体材料实现良好的热膨胀系数匹配，为高频、大功率、高集成电路的应用提供了有力的支持。氮化铝的性能优势体现在以下几个方面：首先，氮化铝具有卓越的导热性。在室温条件下，其理论导热率高达W/(m·K)，这大约是氧化铝陶瓷的8至0倍，而实际生产中的热导率也可达到W/(m·K)。这种高热导率使得氮化铝在高频、大功率、高集成电路的应用中占据显著优势。其次，氮化铝的线膨胀系数相对较小，理论值约为6×0-6/K。这一数值与Si及GaAs等半导体材料的热膨胀系数相接近，变化规律也与Si的热膨胀系数相似。此外，氮化铝与GaN晶格的匹配性良好。这种良好的热匹配与晶格匹配特性有助于促进大功率器件制备过程中芯片与基板的紧密结合，从而确保高性能大功率器件的制备成功。（3）氮化铝陶瓷的能隙宽度达到2eV，显示出优秀的绝缘性。这使得在大功率LED的应用中，无需额外的绝缘处理，从而简化了制作工艺。（4）氮化铝采用纤锌矿结构，通过强大的共价键结合，赋予了它高硬度和高强度的机械性能。此外，氮化铝还展现出卓越的化学稳定性和耐高温特性。在空气环境中，它能在高达℃的温度下保持稳定，而在真空中，这一温度可提升至℃，非常适合高温烧结，且其耐腐蚀性完全满足后续工艺需求。你说，这样的氮化铝用作基板材料，是不是非常出色？氮化铝基板在多个领域中扮演着至关重要的角色随着科技的不断进步，其应用需求在功率半导体器件、混合集成功率电路、通信行业中的天线、固体继电器、功率LED以及多芯片封装等领域中日益增长。其市场前景广阔，涵盖汽车电子、LED、轨道交通、通讯基站、航空航天和军事国防等多个高端领域。

特别是在天线领域，氮化铝基板凭借其出色的性能脱颖而出。天线作为一种关键的变换器，负责将导行波与电磁波相互转换，并在各种环境中稳定工作。因此，对其元器件的质量和可靠性要求极高。普通电路板难以满足这些要求，而氮化铝陶瓷基电路板则成为最接近理想选择的解决方案。AlN陶瓷基电路板具有以下显著优势：

介电常数小，降低高频损耗，确保信号完整传输；金属膜层低电阻且附着力强，导电性好，减少电流通过时的发热量；陶瓷基板绝缘性能优越，可承受天线使用中的高压电；支持高密度封装，满足天线日益增长的性能需求。

多芯片模块（MCM）

多芯片模块代表着微电子技术的最新发展，它集成了高性能、高可靠性和小型化等特点，完美契合航空航天、军事电子设备等领域的严苛要求。随着元器件功率的不断提升和封装密度的日益增大，散热问题成为了首要挑战。MCM-C型封装基板多采用多层陶瓷结构，而AlN陶瓷的高热导率特性使其成为MCM技术的理想选择。通过应用AlN陶瓷，可以显著降低微电子元器件内部的热量积累，从而确保其稳定可靠的工作。

高温半导体封装

SiC、GaN及金刚石基宽禁带半导体材料器件能在高温环境下稳定工作，其中SiC技术最为成熟。其卓越的理化特性使其在℃高温下仍能保持稳定，对航空航天领域的高温电子系统至关重要。当前，高温电子封装基板主要采用Al2O3和AlN陶瓷。由于AlN陶瓷具有数倍于Al2O3的热导率，并与SiC的热膨胀系数相匹配，因此成为高温电子封装的优选。

功率半导体模块

功率半导体模块是功率电子元器件的集成体，通过特定模式和功能组合进行封装。常见的元器件包括绝缘栅双极型晶体管、功率金属氧化物半导体场效应晶体管和功率集成电路等。这些模块对散热需求极高，而AlN陶瓷基板作为核心组件和热量第一接触点，其高热导率特性使其成为理想选择，特别是在汽车电子IGBT模块中的应用。

功率LED封装

LED是一种电转光半导体芯片，但大部分电能（70%-80%）都转化为热量。若不及时散热，灯具工作温度将急剧上升，严重影响LED寿命。陶瓷电路板的出现有效解决了这一问题，尤其是AlN陶瓷基板的应用。其高热导率使得LED产生的热量能迅速传递至基板，实现快速散热，从而减少器件损坏，延长寿命。

小结

目前，我国氮化铝陶瓷基板的应用范围相对较窄，主要局限于高端电子领域，这主要是由于其生产工艺要求高和价格相对较高所致。然而，随着电子信息技术的持续进步，PCB基板正朝着小型化和功能集成化的方向发展，这导致市场对散热基板和封装材料的散热性能及耐高温性能提出了更高的要求。因此，性能普通的基板材料已难以满足市场需求，而氮化铝陶瓷基板则因其出色的散热性和耐高温性迎来了行业发展的黄金时期。这使得氮化铝成为当前备受瞩目的封装基板材料。

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