目前市場上所用的陶瓷材料主要有氧化鋁、氮化鋁、碳化硅和氮化硅。相較于氧化鋁和氮化鋁，氮化硅陶瓷基板具有更卓越的力學性能，同時還具備較高的熱導率以及極好的熱輻射性和耐熱循環性。需要采用氮化硅陶瓷作為基板，能夠確保電路板具有較大的撓度、抗折斷強度、抗熱震性和熱傳導性，從而保證大功率模塊在使用過程中可靠性，優異的性能使氮化硅成為一種優異的電子封裝基板材料。

一、氮化硅陶瓷基板研究背景

氮化硅陶瓷基板主要研究對應是我國軍工航天、高鐵重工等領域上快速發展，能促使各項科技行業對大功率電子器件的需求逐步加大。為適應更為苛刻復雜的應用條件，大功率電子器件必須朝著耐高溫、高頻、低功耗及智能化、系統化、模塊化的方向發展。延伸到功率器件的組成部件上來看，其中基板的作用就是吸收在芯片產生的熱量，并且將熱量傳送到熱沉，由此實現與外界的熱交換。因此制備高熱導率基板材料成功研發大功率模塊電子產品的關鍵所在。

大功率散熱基板材料要求具有低成本、高電絕緣性、高穩定性、高導熱性及芯片匹配的熱膨脹系數、平整性和較高的強度等。為了滿足這些要求，一些研究人員將目光投向了金屬氧化物、陶瓷、聚合物以及復合材料等，被實際應用的散熱基板材料有氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、碳化硅、氧化硼、氧化鈹等。

研究人員用實驗的方法證明了氮化硅陶瓷基板具有很高的熱導率，且早熱膨脹系數、機械性能、抗氧化性、電絕緣性、對環境的影響等各個方面進行了研究，結果都甚為滿足，由此氮化硅被認為是一種很有發展潛力的高速電路和大功率電子器件的散熱基板及封裝材料。

二、氮化硅陶瓷基板研究現狀

氮化硅陶瓷基板憑其優異性能吸引了眾多國內外學者與研究機構的關注。Kitayama等人于2000年發現氧擴散進Si3N4晶格對于其熱導率影響很大，所以低氧含量是提高氮化硅陶瓷熱導率的關鍵。

近年來，上海硅酸鹽研究所、清華大學等制備的氮化硅陶瓷熱導率最高可達154W·m-1·K-1左右，也歸因于使用氧含量較低的氮化硅粉體原料。然而高質量氮化硅粉的制備方法相對復雜，成本較高，這大大限制了氮化硅粉直接制備氮化硅陶瓷基板的產業化研究。

然而，Zhou等利用硅粉氮化的方法制備了熱導率高達177W·m-1·K-1的氮化硅陶瓷。另外，隨著太陽能技術的發展，高純硅粉制備技術也已經非常成熟，粉體氧含量可以控制在較低水平。因此，采用高純硅粉制備氮化硅陶瓷基板逐漸成為一條可行的途徑。

為了進一步降低成本和提高性能，采用高純硅粉流延后直接氮化燒結被業界公認為是較為合理的低成本技術路線。

然而，硅和氮之間的反應是一個放熱反應過程。由于在反應過程中產生大量的熱量，很容易引發硅的熔化（熔硅）。再則，由于陶瓷基板的尺寸大（大于100mm×100mm），厚度薄（約0.32mm），而純硅粉在氮化過程中，如果控制不當，而出現“熔硅”，更容易導致具有薄片狀特征的氮化硅陶瓷基板產生變形和開裂。為了實現較快速度氮化的同時，避免熔硅現象的出現，保證氮化硅陶瓷基板的高良品率，可以通過對催化劑和燒結助劑的研究，尋找合適的添加劑，另一方面，還可以采取硅粉結合氮化硅粉的方式制備氮化硅。由于硅粉氮化大量放熱，在硅粉中加入氮化硅作為稀釋劑，抑制熔硅的同時，也促進了硅粉氮化。

三、氮化硅陶瓷基板制作工藝

常見的氮化硅陶瓷基板成型方式主要有軋膜成型、干壓成型、擠壓成型、熱壓（燒結）成型、流延成型等。目前，商業用途的氮化硅陶瓷基板的厚度范圍是0.3～0.6mm，為了實現大規模生產氮化硅陶瓷基板材料，通常選用流延成型制備氮化硅陶瓷基板材料，如下圖所示。