氮化硅陶瓷，是一種燒結(jié)時不收縮的無機材料陶瓷。氮化硅的強度很高，尤其是熱壓氮化硅，是世界上最堅硬的物質(zhì)之一。具有高強度、低密度、耐高溫等性質(zhì)。Si3N4陶瓷是一種共價鍵化合物，基本結(jié)構(gòu)單元為[SiN4]四面體，硅原子位于四面體的中心，在其周圍有四個氮原子，分別位于四面體的四個頂點，然后以每三個四面體共用一個原子的形式，在三維空間形成連續(xù)而又堅固的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

它是用硅粉作原料，先用通常成型的方法做成所需的形狀，在氮氣中及1200℃的高溫下進行初步氮化，使其中一部分硅粉與氮反應生成氮化硅，這時整個坯體已經(jīng)具有一定的強度。然后在1350℃～1450℃的高溫爐中進行第二次氮化，反應成氮化硅。用熱壓燒結(jié)法可制得達到理論密度99%的氮化硅。

氮化硅陶瓷各方面性能較平衡，是綜合性能最好的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，因此在電力電子器件的陶瓷基板制造領(lǐng)域，有著較強的競爭力。

具有基礎(chǔ)化學知識的人都知道：氮元素和硅元素在地球上具有極大的存儲量，而由這兩種元素組成的材料，就是氮化硅（Si3N4）。由氮化硅為主材，制造的現(xiàn)代功能陶瓷，更是具有極其廣泛的應用。

高導熱氮化硅陶瓷微觀形貌

過去的電路基板是將分離元器件進行電路組合或集成電路與分立元器件電路組合，形成達到整體電路功能要求的平板材料，要求只是絕緣和導電。

而進入智能化信息時代后，對電力電子器件還要求能夠?qū)﹄娔苓M行變換和控制，由此便大大提升了器件的電控和功率轉(zhuǎn)換性能要求與運行功耗，相應的，普通的基板已無法滿足降低復雜功率器件熱阻、控制運行溫度、保障可靠性的高要求，必須更換性能更優(yōu)的基板，新型功率陶瓷基板便應運而生。

基于電子器件對陶瓷基板的性能要求，基板材料應具有以下性質(zhì)：

（1）良好的絕緣性和抗電擊穿能力；

（2）高的導熱率：導熱性直接影響半導體期間的運行狀況和使用壽命，散熱性差導致的溫度場分布不均勻也會使電子器件噪聲大大增加；

（3）熱膨脹系數(shù)與封裝內(nèi)其他其他所用材料匹配；

（4）良好的高頻特性：即低的介電常數(shù)和低的介質(zhì)損耗； （5）表面光滑，厚度一致：便于在基片表面印刷電路，并確保印刷電路的厚度均勻。 目前已經(jīng)投入生產(chǎn)應用最廣的陶瓷基板材料主要為氧化鋁和氮化鋁。

而氮化硅與它們的性能比起來如何呢？且看下表：

三種陶瓷材料性能對比

與其它陶瓷材料相比，氮化硅陶瓷材料具有明顯優(yōu)勢，尤其是高溫條件下氮化硅陶瓷材料表現(xiàn)出的耐高溫性能、對金屬的化學惰性、超高的硬度和斷裂韌性等力學性能。

既然氮化硅這么優(yōu)秀，為什么市場應用仍較少？

其實三種材料各有優(yōu)劣，如氧化鋁雖然導熱性能較差，無法跟上大功率半導體的發(fā)展趨勢，但其制造工藝成熟，成本低，在中低端領(lǐng)域仍有很大的需求量。氮化鋁的導熱性能最好，與半導體材料有良好的匹配，可應用于高端產(chǎn)業(yè)，只是力學性能較差，影響半導體器件壽命，使用成本較高。

而氮化硅在綜合性能方面表現(xiàn)最優(yōu)，但入門門檻很高，目前國內(nèi)很多科研單位和企業(yè)都在研究，但技術(shù)難度大，加工成本高，且市場較小，還未出現(xiàn)大規(guī)模應用的契機，這也是許多企業(yè)還在觀望，未下定決心加大投入的原因。

在當前適應第三代半導體，如氮化鎵、碳化硅等性能要求的大功率陶瓷基板材料中，綜合下來最有前途的材料就是：氮化硅陶瓷。它的高導熱系數(shù)、高電流載荷，比較容易滿足第三代功率半導體器件的散熱需求，同時熱膨脹系數(shù)與大多數(shù)半導體材料匹配，電氣性能與機械性能也有不錯的水平。

第三代半導體正飛速發(fā)展

相對來說，在木桶效應的影響下，氮化硅更適合未來的高性能時代。 就因為功率集成電路陶瓷基板對于電力電子技術(shù)的發(fā)展具有不可或缺的地位，所以也就成為西方發(fā)達國家對我們國內(nèi)進行全方位技術(shù)封鎖的關(guān)鍵材料之一，西方國家目前已限制氮化硅陶瓷基板的生產(chǎn)技術(shù)進入我國，而氮化硅陶瓷電路基板在美、日也已經(jīng)有了成熟的產(chǎn)品，第三代半導體器件的成套技術(shù)也已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化。

時代的發(fā)展在推著整個產(chǎn)業(yè)向前，由于氮化硅是第三代大功率半導體器件的配套材料，不但會促進國民經(jīng)濟的發(fā)展，而且對于中國的國防建設也具有戰(zhàn)略意義，因此，說氮化硅陶瓷基板是世界級戰(zhàn)略產(chǎn)品，也就一點不為過了。 而這個重要產(chǎn)業(yè)最關(guān)鍵之處就是，氮化硅陶瓷基板要和第三代大功率半導體器件進行配套，是一個比較復雜的系統(tǒng)工程，不僅需要大規(guī)模資金的配合還要進行綜合技術(shù)的整合，要有組織機構(gòu)的強力協(xié)調(diào)，才能夠完成這個配套的任務。