随着大功率和超大规模集成电路的发展，集成电路与衬底之间的散热变得越来越重要。因此，基底必须具有高导热性和电阻率。氮化铝陶瓷具有高导热、高温绝缘、优异的介电性能、良好的耐腐蚀性、与半导体硅相匹配的膨胀性能等优点。因此它是用于电子封装的优良散热材料和组装大规模集成电路所需的高性能陶瓷衬底材料。
一、氮化铝陶瓷基板粉末的制备
1、铝粉直接氮化法
铝粉的直接氮化法原料来源广泛，工艺简单，反应温度较低。然而，该反应是强放热反应，由于释放大量热量而难以控制，导致铝粉产率低转化，产品容易结块，粒度粗，质量稳定性差。因此，应仔细控制该过程。
2、Al2O3的碳热还原方法
碳热还原法的优点是原料来源广泛、工艺简单、纯度高、粒径小、合成粉末分布均匀;其缺点是合成时间较长，氮化温度较高，反应后多余的碳需要脱碳，导致生产成本较高。
3、自蔓延高温合成
自蔓延高温合成法反应速度快，无需外部加热，成本低，但生产效率低，适合大规模工业化生产。在反应过程中，加热和冷却速度极快，容易形成高浓度缺陷和不平衡结构。粉末的晶型不规则，粒度分布不均匀。
此外，氮化铝粉的制备方法包括高能球磨、化学气相沉积、溶胶-凝胶法、等离子体化学合成、原位自反应合成、电弧熔炼、微波合成、溶剂热合成等。
二、氮化铝陶瓷基板的形成
1、磁带铸造
流延法制备氮化铝陶瓷基板的主要工艺包括以下步骤：将氮化铝粉、烧结助剂、粘结剂和溶剂混合均匀制成浆料，流延制得生坯片，用组合模具冲压成标准片，用程控冲床冲压成通孔，用丝网印刷印刷金属图案，将每个生坯片与功能图案叠加。层压成多层陶瓷生片，在约700的氮气中除去粘合剂，然后在1800的氮气中共烧，电镀后形成多层氮化铝陶瓷。
流延法可分为有机流延法和水基流延法。流延法在氮化铝陶瓷基板上的应用具有设备要求低、连续生产、生产效率高、自动化程度高、生产成本低等优点，非常适合现代工业生产。
2、喷射造型法
首先将氮化铝粉末和有机粘结剂按一定比例混合，通过造粒得到性能稳定的饲料。然后在注塑机上成型生坯，最后经过脱脂和烧结得到氮化铝陶瓷基板。
3、流延等静压复合成型
传统流延法制备的浆料固体体积含量低，再加上干燥阶段一些有机溶剂的挥发，容易导致坯体孔隙率增加，从而使坯体结构疏松，削弱后期的烧结效果，难以制备高密度、高热导率的AlN陶瓷基板。
流延等静压复合成型工艺是在非水基和水基铸造的基础上发展起来的一种新型陶瓷基板成型工艺，它既保留了流延坯体的延展性，又在此基础上采用等静压二次成型，弥补了以往成型工艺留下的密度低、结构松散的缺陷。
三、氮化铝陶瓷基板的烧结技术
1、烧结添加剂及其添加方法
烧结添加剂有两个主要功能：一方面，形成低熔点相，实现液相烧结，降低烧结温度，促进坯体致密化;另一方面，高热导率是氮化铝基板的一个重要特性。然而，由于氧杂质等各种缺陷，氮化铝基板的热导率低于其理论值。烧结助剂的加入可以与氧反应完成晶体并提高热导率。
常用的烧结助剂主要是碱土金属和稀土元素的化合物，单位烧结助剂的烧结能力往往有限，通常需要与1800以上的烧结温度、较长的烧结时间和较多的烧结助剂相匹配。如果在烧结过程中只使用一种烧结助剂，所需的烧结温度难以降低，生产成本高。二元或多元烧结添加剂的组分相互促进，往往导致更明显的烧结效果。
目前，引入烧结助剂有两种方式，一种是直接加入，另一种是以可溶性硝酸盐的形式制备前驱体，原位生成烧结助剂。后者生产的烧结助剂分布更均匀，颗粒更细，比表面能更大。
2、烧结温度
烧结温度的提高有助于提高氮化铝陶瓷的热导率和强度。王利英等人在1500~1800烧结，发现氮化铝陶瓷的热导率从76.9 w/(mk)提高到113.9 w/(mk)。
在烧结炉中，烧结温度的均匀性对氮化铝陶瓷有着深远的影响。烧结温度均匀性的研究也为大规模生产和降低生产成本提供了保证，有利于实现氮化铝陶瓷基板产品的工业化生产。
3、烧结法
通常，氮化铝陶瓷基板是无压烧结，这是最常见的烧结方法。虽然工艺简单，成本低，并且可以制备的形状复杂，但是烧结温度通常较高，并且通常不可能在不添加烧结助剂的情况下制备高性能陶瓷基板。
在传统烧结方法中，氮化铝坯体通常由外部热源加热。导热不均匀和速度慢会影响烧结质量。微波烧结通过从生坯体吸收微波能量来加热自身，并且加热过程同时在整个材料中进行。加热速度快，温度分布均匀，防止了氮化铝陶瓷颗粒的过度生长。这种快速烧结技术可以充分发挥亚微米和纳米粉体的性能，具有很强的发展前景。
放电等离子烧结技术主要利用放电脉冲压力、脉冲能量和焦耳热产生瞬时高温场，实现快速烧结。放电等离子烧结技术的主要特点是升温速度快、烧结时间短、烧结温度低，可以实现氮化铝陶瓷的快速低温烧结。通过这种烧结方法，烧结体的每个颗粒可以均匀地产生热量以活化颗粒的表面，如微波烧结，并且可以在短时间内获得具有高热导率的致密烧结体。
