陶瓷基片材料的發(fā)展趨勢

　　陶瓷基片材料具有高導熱性和良好的機械性能。陶瓷基片具有優(yōu)異的導熱性和機械性能，以及高熔點、高硬度、高耐磨性和抗氧化性，是半導體器件，特別是高功率半導體器件襯底好的材料。

　　一、半導體器件襯底材料的性能要求

　　半導體封裝基板材料是承載電子元件及其互連線并具有良好電絕緣的基板。陶瓷基片應具有以下特性：① 良好的絕緣和抗擊穿性能;② 高導熱性：導熱性直接影響半導體在工作期間的工作條件和使用年限。散熱不良引起的溫度場分布不均勻也會大大增加電子設備的噪音;③ 熱膨脹系數(shù)與包裝中使用的其他材料相匹配;④ 良好的高頻特性：低介電常數(shù)和低介電損耗;⑤ 表層光滑、厚度均勻：便于在基板表層印刷電路，確保印刷電路厚度均勻。

　　二、氮化硅(Si3N4)陶瓷襯底

　　Si3N4具有三種晶體結(jié)構，即α相和β相以及γ相。其中，α-β相是Si3N4很普遍的形式，為六方結(jié)構，可在常壓下制備。Si3N4陶瓷具有許多優(yōu)異的性能，如高硬度、高強度、低熱膨脹系數(shù)、高溫下低蠕變、良好的抗氧化性、良好的熱腐蝕性能、低摩擦系數(shù)，類似于油潤滑的金屬表層。是綜合性能很好的結(jié)構陶瓷材料。單晶氮化硅的理論熱導率可以達到400W/(m·K)，具有成為高熱導率襯底的潛力。此外，Si3N4的熱膨脹系數(shù)與Si、SiC、GaAs和其他材料的熱膨脹率非常匹配，這使得Si3N3陶瓷成為具有高強度和高導熱性的電子器件的有吸引力的襯底材料。

　　與其他陶瓷材料相比，Si3N4陶瓷材料具有明顯的優(yōu)勢，特別是氮化硅陶瓷材料的機械性能，如耐高溫、對金屬的化學惰性、高溫條件下的高硬度和斷裂韌性。通過比較Si3N4、ain和Al2O3的性能，可以得出結(jié)論，Si3N3陶瓷的彎曲強度和斷裂韌性可以達到兩倍以上。特別是，Si3N4陶瓷在材料可靠性方面具有無可比擬的優(yōu)勢。