丁利文, 范桂芬, 李镜人, 姚宜峰, 吕文中华中科技大学 光学与电子信息学院, 武汉 430074



AlN 陶瓷的性能及应用

丁利文, 范桂芬, 李镜人, 姚宜峰, 吕文中
华中科技大学 光学与电子信息学院, 武汉 430074

摘 要：AlN陶瓷具有高硬度、与硅相接近的线膨胀系数、高电阻率、低介电常数、低介电损耗以及无毒、耐高温、耐腐蚀等特性, 力学性能良好, 在电子、机械、复合材料等领域有着广泛的应用。尤其是因为具有高热导率, AlN陶瓷已经成为理想的半导体基板和封装材料之一。本文回顾了AlN陶瓷的发展历程, 着重评述了AlN陶瓷的制备技术、性能及应用等方面的研究进展, 并对其面临的技术困难及发展方向进行了展望。

关键词：AlN陶瓷；制备工艺；热导率

随着大功率和超大规模集成电路的发展, 集成电路的高度密集化导致单位面积的电子元器件的发热量急剧增加, 如果不解决基板的散热问题, 电子元件将难以正常工作。这样就要求基板材料具有高的热导率, 同时兼具较高的电阻率。传统的基板材料有Al2O3陶瓷和BeO陶瓷, 但是Al2O3陶瓷基板热导率很低 (～20 W·m-1·K-1), 线膨胀系数与Si不太匹配；纯度为99% 以上, 致密度达99% 以上的BeO陶瓷, 其室温下的热导率可达310 W·m-1·K-1, 但是生产成本高且具有剧毒, 因而限制了它的推广和应用[1-3]。AlN陶瓷是一种新型的高导热材料, 其基本性能参数如表1为所示。AlN陶瓷理论导热率高达320 W·m-1·K-1(是Al2O3的5～8倍), 实际使用的AlN陶瓷热导率为180 W·m-1·K-1～200 W·m-1·K-1。同时AlN陶瓷的硬度较高, 热膨胀系数 (25°C～200°C时为4.0 × 10-6/°C) 与硅接近(25°C时为3.4 × 10-6/°C), 体电阻率较高 (25°C时体电阻率大于1014Ω·cm), 介电常数低、介电损耗小, 此外该材料无毒, 耐高温耐腐蚀, 其综合性能优于氧化铝和氧化铍, 是新一代半导体基片和电子器件封装的理想材料[3,4]。……