氮化硅陶瓷基板的制備工藝流程介紹

氮化硅陶瓷基板

傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體由于自身物理性能不足，逐漸不適應(yīng)于半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展需求，在此背景下第三代半導(dǎo)體應(yīng)運(yùn)而生，第三代半導(dǎo)體材料具有禁帶寬度大、擊穿電場(chǎng)高、熱導(dǎo)率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在高頻、高壓、高溫等工作場(chǎng)景中，有易散熱、小體積、低能耗、高功率等明顯優(yōu)勢(shì)，碳化硅已成為目前應(yīng)用最廣、市占率最高的第三代半導(dǎo)體材料。

氮化硅作為基板材料具有非常明顯的可靠性，采用氮化硅陶瓷基片制作的AMB 陶瓷襯板，與第三代半導(dǎo)體襯底 SiC 晶體材料的熱膨脹系數(shù)更為接近，匹配更穩(wěn)定，高導(dǎo)熱率、高力學(xué)性能的氮化硅陶瓷基片正在逐漸成為寬禁帶半導(dǎo)體器件首選的基板材料。國(guó)內(nèi)外企業(yè)也對(duì)氮化硅基片逐漸加大投入。

氮化硅陶瓷基片的總體生產(chǎn)工藝流程包括混料、球磨、脫泡、流延成型、沖壓、敷粉（噴粉）、排膠、燒結(jié)、除粉清洗、磨邊、掃光、研磨、超聲波清洗、甩干、激光切割、質(zhì)檢等工序。

1、混料、球磨、脫泡

將氮化硅粉、氧化釔粉等粉體與有機(jī)助劑進(jìn)行混料，混料完成后的物料輸送至球磨工序。

球磨工序包括一次球磨及二次球磨：

一次球磨目的是將固態(tài)原料與液態(tài)物料混合，球磨產(chǎn)物粒徑較大但能形成漿液。
一次球磨后的漿液通過(guò)密閉帶式輸送機(jī)輸送至二次球磨機(jī)內(nèi)，同時(shí)向二次球磨機(jī)內(nèi)按比例加入 PVB 樹(shù)脂(粘結(jié)劑，保證漿料干燥后陶瓷顆粒粘接)、聚乙二醇及鄰苯二甲酸二乙酯(增塑劑，使基片具有柔韌性，便于后續(xù)裁切)，二次球磨機(jī)對(duì)漿液進(jìn)一步混合研磨。

球磨完畢的漿料經(jīng)密閉帶式輸送機(jī)輸送至脫泡機(jī)內(nèi)利用物理方法去除其中的氣泡，制得適于流延成型的具有一定膠體粘度的流延漿料。

所需設(shè)備：混料研磨機(jī)、球磨機(jī)、脫泡機(jī)

2、流延成型

流延成型工序包括流延及干燥工序。將脫泡罐與流延機(jī)進(jìn)料管連接，通過(guò)氮?dú)饧訅?，使?jié){料進(jìn)入流延機(jī)內(nèi)，在膜帶上鋪展為均勻薄膜，經(jīng)輸送帶輸送至烘道中，由電加熱產(chǎn)生的熱風(fēng)對(duì)漿料進(jìn)行烘干，加熱溫度約 150~180℃，烘干過(guò)程中部分沸點(diǎn)較低的有機(jī)物揮發(fā)從漿料中去除，得到干燥的基板。

所需設(shè)備：流延機(jī)

3、沖壓裁切

對(duì)流延成型的坯體沖壓裁切，形成氮化硅生坯片。

所需設(shè)備：沖壓機(jī)

4、敷粉/噴粉

通過(guò)噴粉機(jī)在坯片表面敷上一層氮化硼粉。氮化硼粉起隔離瓷片的作用，目的是確保燒結(jié)過(guò)程中瓷片不會(huì)相互粘結(jié)。

所需設(shè)備：噴粉機(jī)

5、排膠

將敷粉后的坯體送入排膠爐中，在 500~700℃下排膠爐對(duì)坯體進(jìn)行排膠處理，使有機(jī)助劑在排膠過(guò)程中揮發(fā)、分解而從坯體中去除。

所需設(shè)備：脫脂爐/排膠爐

6、燒結(jié)

燒結(jié)是通過(guò)高溫加熱粉體材料產(chǎn)生顆粒粘結(jié)、再結(jié)晶等物理化學(xué)過(guò)程得到致密化的具有一定強(qiáng)度的塊狀產(chǎn)品工藝。將排膠后的陶瓷坯體置于氣氛氣壓燒結(jié)爐內(nèi)，燒結(jié)過(guò)程采用氮?dú)獗Ｗo(hù)。

所需設(shè)備：燒結(jié)爐

7、除粉清洗

通過(guò)拋刷及超聲波清洗（采用純水清洗）將燒結(jié)后基板表面的氮化硼層去除。或燒結(jié)后的陶瓷基片經(jīng)刷洗后烘干，刷洗烘干后的陶瓷基片表面會(huì)有少量未徹底清除的粉末，需采用噴砂機(jī)進(jìn)行二次清理。

所需設(shè)備：磨床、烘干機(jī)、噴砂機(jī)、超聲波清洗機(jī)、

8、磨邊、掃光、研磨

通過(guò)磨邊、掃光、研磨等工序使得基板側(cè)面和表面更加平整，提高產(chǎn)品的精度。

曲面掃光機(jī)首先向基板表面淋洗研磨液，研磨液將基板表面潤(rùn)濕后利用毛刷盤(pán)對(duì)基板表面進(jìn)行研磨，曲面掃光可以改善基板上下表面的平行度，在后續(xù)基板進(jìn)一步加工時(shí)，可以更嚴(yán)格地控制基板的電感和電容，提高電路的并行性。

所需設(shè)備：曲面掃光機(jī)、磨邊機(jī)、拋光機(jī)

9、清洗、甩干

利用超聲清洗的方式，去除瓷片表面的研磨液，清洗后的陶瓷基片通過(guò)甩干機(jī)甩干。

所需設(shè)備：超聲波清洗、甩干機(jī)

10、激光切割