眾所周知，半導體器件運行產生時的熱量是導致半導體器件失效的關鍵因素，而電絕緣基板的導熱性是整個半導體器件散熱最為關鍵的。此外，由于顛簸、振動等復雜的機械環境，也要求具有一定的機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構陶瓷材料。因此，Si3N4氮化硅在電力電子器件陶瓷基板制造領域具有很強的競爭力。

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電性，進入智能信息時代后，電力電子設備也要求能夠對電能進行轉換和控制，這大大提高了設備的電氣控制和功率轉換性能要求以及運行功耗。相應地，普通基板已經不能滿足降低復雜功率器件熱阻、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。

根據電子器件對氮化硅陶瓷基板的性能要求及基板材料應具備以下性能：
1、良好的絕緣性和抗電擊穿性；
2、導熱系數高:導電系數直接影響半導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、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、對金屬的化學惰性，以及超高的硬度和斷裂韌性等機械性能。

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

現在，國內很多科研院所和企業都在研究，但技術難度大、生產成本高、市場小，然而尚未出現大規模應用。這也是很多企業還在觀望，還沒有下定決心加大投入的原因。但是現在的情況不同了，因為世界已經進入第三代半導體發展的關鍵時期。氮化硅陶瓷基板在美國和日本都有成熟的產品，中國在這方面還有很長的路要走。

【文章來源：展至科技】