眾所周知，半導(dǎo)體器件運行產(chǎn)生時的熱量是導(dǎo)致半導(dǎo)體器件失效的關(guān)鍵因素，而電絕緣基板的導(dǎo)熱性是整個半導(dǎo)體器件散熱最為關(guān)鍵的。此外，由于顛簸、振動等復(fù)雜的機(jī)械環(huán)境，也要求具有一定的機(jī)械可靠性的陶瓷基板材料。而氮化硅陶瓷板在各方面比較均衡，也是綜合性能最好的結(jié)構(gòu)陶瓷材料。因此，Si3N4氮化硅在電力電子器件陶瓷基板制造領(lǐng)域具有很強(qiáng)的競爭力。

過去，電路基板是由分立元件或集成電路與分立元件組合而成的平面材料，以滿足整體電路功能的要求。它只需要電絕緣和導(dǎo)電性，進(jìn)入智能信息時代后，電力電子設(shè)備也要求能夠?qū)﹄娔苓M(jìn)行轉(zhuǎn)換和控制，這大大提高了設(shè)備的電氣控制和功率轉(zhuǎn)換性能要求以及運行功耗。相應(yīng)地，普通基板已經(jīng)不能滿足降低復(fù)雜功率器件熱阻、控制工作溫度、保證可靠性的高要求，必須更換性能更好的基板。

根據(jù)電子器件對氮化硅陶瓷基板的性能要求及基板材料應(yīng)具備以下性能：
1、良好的絕緣性和抗電擊穿性；
2、導(dǎo)熱系數(shù)高:導(dǎo)電系數(shù)直接影響半導(dǎo)體的工作條件和使用壽命，散熱不良造成的溫度場分布不均勻也會大大增加電子器件的噪聲；
3、熱膨脹系數(shù)與封裝中使用的其他材料相匹配；
4、高頻特性好:低介電常數(shù)、低介電損耗；
5、表面光滑，厚度均勻:便于在基板表面印制電路，保證印制電路的厚度均勻；

目前應(yīng)用最廣泛的陶瓷基板材料主要是AI2O3氧化鋁和AIN氮化鋁。氮化硅與其性能相比如何？下表是三種陶瓷基板的基本性能對比。可以看出，氮化硅陶瓷基板材料具有明顯的優(yōu)勢，尤其是氮化硅陶瓷材料在高溫條件下的耐高溫性能、對金屬的化學(xué)惰性，以及超高的硬度和斷裂韌性等機(jī)械性能。

氮化硅既然這么優(yōu)秀，那為何市場應(yīng)用還少，它的發(fā)展機(jī)會又在那里？其實這三種材料各有優(yōu)缺點，例如氧化鋁雖然導(dǎo)熱性差，跟不上大功率半導(dǎo)體的發(fā)展趨勢，但其制造工藝成熟且成本低廉，在中低端領(lǐng)域仍有較大需求。氮化鋁的導(dǎo)熱性最好，與半導(dǎo)體材料有很好的匹配性可用于高端行業(yè)，但機(jī)械性能較差影響半導(dǎo)體器件壽命，使用成本較高。氮化硅在綜合性能方面表現(xiàn)最好，但進(jìn)入門檻較高。

現(xiàn)在，國內(nèi)很多科研院所和企業(yè)都在研究，但技術(shù)難度大、生產(chǎn)成本高、市場小，然而尚未出現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。這也是很多企業(yè)還在觀望，還沒有下定決心加大投入的原因。但是現(xiàn)在的情況不同了，因為世界已經(jīng)進(jìn)入第三代半導(dǎo)體發(fā)展的關(guān)鍵時期。氮化硅陶瓷基板在美國和日本都有成熟的產(chǎn)品，中國在這方面還有很長的路要走。

【文章來源：展至科技】