高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷用燒結(jié)助劑的研究進(jìn)展

王月隆，吳昊陽(yáng)，賈寶瑞，張一銘，張智睿，劉 昶，田建軍，秦明禮

北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院, 北京 100083

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體器件向大功率化、高頻化、集成化方向發(fā)展[1]，其元器件在工作過(guò)程中產(chǎn)生大量熱量，而這些熱量如不及時(shí)排出將會(huì)造成半導(dǎo)體器件的失效[2]。因此，為保證電子器件工作過(guò)程的穩(wěn)定性，對(duì)芯片載體提出了更高的要求。陶瓷材料具有絕緣性能好、強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)小、化學(xué)穩(wěn)定性高和導(dǎo)熱性能優(yōu)異等特點(diǎn)，非常符合半導(dǎo)體器件封裝基板的要求[3]。目前用于陶瓷基板的材料主要有氧化鋁（Al2O3）、氧化鈹（BeO）、氮化鋁（AlN）和氮化硅（Si3N4）[4-5]，各種陶瓷基板的性能如表1。對(duì)氧化鋁陶瓷基板的研究最為成熟，加上價(jià)格便宜、制備簡(jiǎn)單，成為電子行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的材料。但市場(chǎng)上氧化鋁基板的熱導(dǎo)率為30 W·m-1·K-1左右，熱膨脹系數(shù)（7.2×10-6K-1）與硅（3.6×10-6K-1）的相差較大，不適用于超大功率器件中；氧化鈹是熱導(dǎo)率最高的陶瓷基板材料，室溫下熱導(dǎo)率可達(dá)310 W·m-1·K-1[6]，但BeO 粉體有劇毒，在制備陶瓷或使用過(guò)程中會(huì)對(duì)人體造成危害，其主要應(yīng)用于航空航天和衛(wèi)星通訊中；氮化鋁理論熱導(dǎo)為320 W·m-1·K-1，有與硅相近的熱膨脹系數(shù)（3.2×10-6K-1），且具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和無(wú)毒性等優(yōu)點(diǎn)，是目前大功率電子器件用陶瓷基板的主流材料；氮化硅具有強(qiáng)度高、硬度大、抗熱震性能好、耐磨損、耐腐蝕等優(yōu)異特性，被認(rèn)為是綜合性能最好的陶瓷材料。目前市場(chǎng)中高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷熱導(dǎo)率可達(dá)90 W·m-1·K-1左右，其抗彎強(qiáng)度和斷裂韌……