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過去的幾十年里，氧化鈹一直是用于射頻電阻器和大功率應用終端的主要基板材料。雖然氧化鈹非常適合電子行業的高功率應用，但其粉塵顆粒有毒。如果吸收了氧化鈹顆粒，它們是可能會導致中毒，而這是一種肺部炎癥。由于全球范圍內新出現的健康和安全法規，在各行業正在限制氧化鈹作為陶瓷基板材料。因此，電子行業正在尋找環保的基板材料來替代氧化鈹。氮化鋁的早期開發是在1960年代，也是用于陶瓷封裝，氮化鋁陶瓷基板具有氧化鋁的導熱率和不超過氧化鋁的介電常數。

氮化鋁和氧化鈹基板的性質：

經過廣泛研究和開發，隨著熱導率的提高，氮化鋁已成為氧化鈹替代基板材料。雖然它不能作為氧化鈹的100%直接替代品，但它無毒、操作安全，并且其導熱率遠高于氧化鋁并接近氧化鈹。圖1看出氮化鋁、氧化鈹和氧化鋁的電氣和物理特性，氮化鋁的介電常數為8.9，高于氧化鈹，這是電路設計人員關注的問題，因為它會導致高并聯電容。因此，為氧化鈹制定的設計規則不能用于氮化鋁陶瓷基板。可以在帶有氮化鋁器件的設計中引入調諧電路，以克服額外電容的影響。氮化鋁可用的熱分析數據使設計人員能夠將這種襯底材料用于高功率微波應用，也是1996年氮化鋁陶瓷基板的電阻器和終端的器件上首次被實現。

在幾十年前，為氧化鋁和氧化鈹陶瓷開發的標準是厚膜漿料系統里被發現不適用于氮化鋁陶瓷基板材料。厚膜漿料制造商必須投入資源開發與氮化鋁兼容的新厚膜漿料和工藝。無論是使用氮化鋁、氧化鈹還是氧化鋁，成功的厚膜漿料系統的關鍵在于燒制厚膜對陶瓷基板的長期粘附可靠性。

在使用氮化鋁的情況下，在涂敷厚膜漿料之前，必須對表面進行適當的準備。這通常涉及研磨表面或使用特殊溶劑進行清潔過程，為了比較氧化鈹和氮化鋁之間的表面光潔度，使用3D表面掃描輪廓儀KLA-Tencor P-11進行表面掃描。圖2比較氧化鈹和氮化鋁的3D掃描粗糙度值。

像這樣的表面光潔度對于厚膜是可以接受的，但對于薄膜應用是不可接受的。在研磨過程中引入的任何表面缺陷都會嚴重降低組件的性能。表面粗糙度對電阻器的影響會導致整個基板表面的電阻值發生變化。對于薄膜應用，2 到 6 分鐘的表面光潔度是合適的，這可以最大限度地減少整個表面的電阻變化。這種表面光潔度水平是通過拋光粗糙表面直到達到所需的表面光潔度來實現的。

與氧化鈹不同，氮化鋁需要選擇合適的供應商，然后調整制造工藝以使基板合格。由于不同的供應商會產生不同的成分和表面光潔度，因此選擇正確的供應商很重要。合適的供應商還可以減少批次之間的不一致。

薄膜技術已成功應用于氮化鋁陶瓷基板，用于制造用于大功率應用的射頻電阻器和終端。由于氮化鋁表面，無論是薄膜還是厚膜應用，在高溫下與水接觸時都會分解為無定形氫氧化鋁，因此在進行薄膜加工時進行嚴格的控制非常重要。氮化鋁與含有氨的清潔溶液發生反應。氨將蝕刻基材并產生多孔表面光潔度。所有這些反應都會導致薄膜和基板之間的粘附性變差，并且還會在基板上產生電阻值的變化。

同樣，在 100°C 及以上的潮濕條件下運行時，氮化鋁高功率電阻元件可能會出現潛在的可靠性問題。為了克服這個問題，薄膜元件在使用氮化硅或聚酰亞胺涂層的處理過程中受到保護，不會受潮和損壞。

而氮化鋁陶瓷基板具有高強度、高導熱性、高電阻率、小密度、低介電常數、無毒、熱膨脹系數與Si相容等優良性能。它們將逐步取代傳統的大功率電阻器件材料，成為未來最有發展前景的陶瓷基板材料之一。