Hi 小伙伴们，上一篇 我们讲了关于散热的一些应用基材，这一篇 我们将重点介绍在光通信行业被广泛应用的ALN 陶瓷，从器件基板，薄膜电路，散热基板，到陶瓷封装等等，我们都能随处可见。

此文我 们将通过以下几方面全面了解ALN 的特点及制作工艺：

   （1）ALN 的性能特点

   （2）ALN的材料制备

   （3）ALN的金属化工艺

   （4）ALN 的应用

ALN 的性能特点

      氮化铝 陶瓷有很高的热导率, 在陶瓷材料中仅次于SiC 和BeO , 目前国内平均水平为150W/m·K , 国外为180 ～ 250/m·K , 是氧化 铝陶瓷热导率的7 ～ 8 倍;其机械 强度和介电强度都优于氧化铝陶瓷, 膨胀系数、介电性能分别与Si 和氧化铝陶瓷相近。因而人 们希望用高热导率的氮化铝陶瓷替代氧化铍或氧化铝陶瓷用于高密度、高性能 电子封装的陶瓷基板材料。

ALN 陶瓷基板材料制备

      陶瓷基 板的成型主要有压模、干压和流延成型3种方法。

      流延成 型类似于摊鸡蛋饼，控制刮 刀与基带的间隙就能控制厚度，可以薄至10um以下，厚至1mm以上我 们的陶瓷电路基板都是采用的这种方法；

      干压法 类似于金属粉末冶金放入模具中压铸成型，适合大块件；

      压模法就是注塑，可以做 成形状稍复杂的一些结构，如陶瓷 插芯采用注塑成型。

下面介 绍一些氮化铝粉末常用的提取方法：

      现在使 用较多的制备氮化铝粉末的方法有铝粉直接氮化法、氧化铝碳热还原法、溶胶法、自蔓燃法、等离子合成法、化学气相沉积法、等等。

1)铝粉直接氮化法

      ALN+N2→2ALN 将铝粉 放入通有氮气与氨气的反应的反应炉中加热到600℃开始反应。我们就 能合成大量纯度较高的ALN粉，目前有 这种方式的大规模生产。但是这 种方法一般难以得到颗粒微细、粒度均 匀的氮化铝粉末，通常需要后处理。还有AL颗粒表面氮化后形成ALN层会阻 碍氮气向颗粒的中心的扩散，因此采 用这种方法转化率是一个重要的问题。

2）氧化铝的碳热还原法

      Al203+3C+N2→2AlN+3CO 这种方 法目前运用在工业生产中运用最为广泛，对其研 究进行的比较深入。

     在该法 中制备氮化铝粉体中常加入氧化钙、氟化钙、氧化钇等作为催化剂，其中加 氟化钙更有效的降低活化能，提高反应速率。这种制 备的氮化铝粉末纯度高，成形和烧结性能好，但合成 温度高反应时间长，粉末粒度较大。

      这边需要说明下，如果有 懂得金丝键合工艺的小伙伴就比较清楚，表面较 为粗糙的有颗粒状明显的氮化铝，如果使 用这类的氮化铝溅射薄膜金属，打线时 是不太容易键合上的，特别是球焊工艺，很容易出现脱焊状况。

ALN的金属化工艺

      为了器件封装结构，元器件搭载及输入、输出端的连接等目的，氮化铝 陶瓷基板表面常常作金属化处理。ALN 的陶瓷 基片金属化方法很多，分为以下几种：厚膜金属化、薄膜金属化、直接键合铜金属化、化学镀金属化等。

    在半导体器件行业，最常见 应用陶瓷电路基板电极采用是薄膜工艺和厚膜工艺。这两种 工艺方式是完全不一样的，薄膜工艺指真空蒸镀、和离子 溅射这类能够精确控制膜的形状和厚度的成膜工艺，如我们 光通信器件贴片载体Ti/Pt/Au 或者Ti/Ni/Au 电极和 AuSn焊料都 是采用薄膜工艺制备；

     而厚膜 工艺指丝网印刷，这类比 较粗略简便的成膜工艺，如泵浦 源大功率激光器需要快速散热都是使用的厚膜渡铜工艺氮化铝。

    大家知 道我们光通信器件贴片载体常常采用AuSn共晶焊料，但焊料 可不是直接蒸镀在氮化铝上的，而是底下有一层电极，采用Ti/Pt/Au 或者Ti/Ni/Au 这几种 金属组合而成的薄膜电极，而且这 几种金属都是有蒸镀先后顺序的，这是为什么呢？Ti/Pt/Au跟Ti/Ni/Au的差异性在哪里？

    氮化铝 是六方晶纤锌矿结构, 密堆间隙中的Al 离子半径小, 价态高, 具有较强的极化作用, 使氮化 铝清洁表面的不饱和氮具有较高的化学活性。通常氮因电负性大, 电离势 高而有很强的共价倾向, 即使与 低电负性金属反应, 也会因 负离子负电荷高, 离子半径较大而水解。故一般状况下, 氮不易与金属反应。Ti , Ta ,W 等金属 因能与氮形成高晶格能化合物, 使其在 氮化铝表面附着性能很好。

    钛具有良好的耐蚀性, 较高的 比强度和较小的质量密度, 然而钛 表面的耐磨性差, 易氧化，接触电阻高,钎焊性差, 在某些 介质或高温下钛的耐蚀性也变差, 使其应 用受到一定的限制，在钛上 镀铂或镀镍可以克服以上缺点，铂镍镀层硬度高,电阻小, 可钎焊。

    最后一 层就是我们所熟悉的镀金层，金子可是个好东西，在空气中不易氧化，耐腐蚀，导电性能极佳，散热性能好，还能与其他金属如锡、铜做成焊料等等。

    另外激光器的P面或N面常常都有镀金处理，与我们 的半导体芯片为了形成较好的附着力，跟我们 的金丝键合能够有效融合，所以氮 化铝的电极最后一层都需要用镀金处理，镀金厚度一般控制在0.5~1um左右，太薄了不行，金丝键 合的强度难以保证，厚了当然是好事，那成本当然也上去啦。