了解一下氮化硅陶瓷基板究竟有哪些特点？

众所周知，半导体器件运行产生时的热量是导致半导体器件失效的关键因素，而电绝缘基板的导热性是整个半导体器件散热最为关键的。此外，由于颠簸、振动等复杂的机械环境，也要求具有一定的机械可靠性的陶瓷基板材料。而氮化硅陶瓷板在各方面比较均衡，也是综合性能最好的结构陶瓷材料。因此，Si3N4氮化硅在电力电子器件陶瓷基板制造领域具有很强的竞争力。

过去，电路基板是由分立元件或集成电路与分立元件组合而成的平面材料，以满足整体电路功能的要求。它只需要电绝缘和导电性，进入智能信息时代后，电力电子设备也要求能够对电能进行转换和控制，这大大提高了设备的电气控制和功率转换性能要求以及运行功耗。相应地，普通基板已经不能满足降低复杂功率器件热阻、控制工作温度、保证可靠性的高要求，必须更换性能更好的基板。

根据电子器件对氮化硅陶瓷基板的性能要求及基板材料应具备以下性能：
1、良好的绝缘性和抗电击穿性；
2、导热系数高:导电系数直接影响半导体的工作条件和使用寿命，散热不良造成的温度场分布不均匀也会大大增加电子器件的噪声；
3、热膨胀系数与封装中使用的其他材料相匹配；
4、高频特性好:低介电常数、低介电损耗；
5、表面光滑，厚度均匀:便于在基板表面印制电路，保证印制电路的厚度均匀；

目前应用最广泛的陶瓷基板材料主要是AI2O3氧化铝和AIN氮化铝。氮化硅与其性能相比如何？下表是三种陶瓷基板的基本性能对比。可以看出，氮化硅陶瓷基板材料具有明显的优势，尤其是氮化硅陶瓷材料在高温条件下的耐高温性能、对金属的化学惰性，以及超高的硬度和断裂韧性等机械性能。

氮化硅既然这么优秀，那为何市场应用还少，它的发展机会又在那里？其实这三种材料各有优缺点，例如氧化铝虽然导热性差，跟不上大功率半导体的发展趋势，但其制造工艺成熟且成本低廉，在中低端领域仍有较大需求。氮化铝的导热性最好，与半导体材料有很好的匹配性可用于高端行业，但机械性能较差影响半导体器件寿命，使用成本较高。氮化硅在综合性能方面表现最好，但进入门槛较高。

现在，国内很多科研院所和企业都在研究，但技术难度大、生产成本高、市场小，然而尚未出现大规模应用。这也是很多企业还在观望，还没有下定决心加大投入的原因。但是现在的情况不同了，因为世界已经进入第三代半导体发展的关键时期。氮化硅陶瓷基板在美国和日本都有成熟的产品，中国在这方面还有很长的路要走。

【文章来源：展至科技】