中國粉體網訊 AlN有很高的熱導率,，理論值達到320W/(m·K)，是Al2O3的7-10倍,，憑借如此高的“散熱基因”,，氮化鋁自然成為了高效散熱需求領域的重點關注對象。
目前來講,，氮化鋁在高導熱領域的應用主要集中在兩個方面：封裝基板和導熱填料,。
封裝基板
AlN：理想的電子封裝基片材料
封裝基板主要利用材料本身具有的高熱導率，將熱量從芯片(熱源)導出,，實現(xiàn)與外界環(huán)境的熱交換,。對于功率半導體器件而言，封裝基板必須滿足以下要求：
(1)高熱導率,；
(2)與芯片材料熱膨脹系數(shù)匹配,；
(3)耐熱性好，滿足功率器件高溫使用需求,，具有良好的熱穩(wěn)定性,；
(4)絕緣性好，滿足器件電互連與絕緣需求,；
(5)機械強度高,，滿足器件加工、封裝與應用過程的強度要求,；
(6)價格適宜,，適合大規(guī)模生產及應用。
目前常用電子封裝基板主要可分為高分子基板,、金屬基板(金屬核線路板,，MCPCB)和陶瓷基板幾類。陶瓷材料本身具有熱導率高,、耐熱性好,、高絕緣,、高強度、與芯片材料熱匹配等性能,，非常適合作為功率器件封裝基板,，目前，常用電子封裝陶瓷基片材料包括氧化鋁,、氮化鋁,、氮化硅、氧化鈹(BeO)等,。
氮化鋁粉和氮化鋁基片
AlN陶瓷理論熱導率很高,，其商用產品熱導率也可達到為180W/(m·K)~260W/(m·K)，熱膨脹系數(shù)只有氧化鋁陶瓷的50%,，此外還具有絕緣強度高,、介電常數(shù)低、耐腐蝕性好等優(yōu)勢,。除了成本較高外,，氮化鋁陶瓷綜合性能均優(yōu)于氧化鋁陶瓷，是一種非常理想的電子封裝基片材料,，尤其適用于導熱性能要求較高的領域,。
氮化鋁基板發(fā)展現(xiàn)狀
國外對AlN粉體及其相關產品研究開發(fā)時間較早，生產技術成熟,，其中,，日、美,、德等國家現(xiàn)已推出AlN粉體,、基板及其金屬化、電子封裝等相關產品,，已實現(xiàn)產品商品化,。國際上，日本京瓷(Kyocera),、東芝(Toshiba),、德山曹達(Tokuyama)、住友電工(Sumitomo),、丸和(Maruwa),，美國的Carborundum、Oasis,、Natel,、CMC、Adtech，德國的Anceram,、Ceramtec等公司在國際市場上占據(jù)主導地位，代表國際上高導熱AlN陶瓷基板的最高水平,。
國外主要公司AlN產品性能指標
日本Toshiba公司能批量生產熱導率為170W/(m·K)和為200W/(m·K)以上的AlN陶瓷基板,，并可在AlN陶瓷基板上印制燒結W導體金屬化圖形，同時還可以采用活性金屬化的方法在AlN陶瓷基板上制作Cu導體金屬化圖形,。Toshiba公司研制的超高導熱AlN陶瓷基板,，熱導率可達270W/(m·K)以上，是現(xiàn)在世界上熱導率最高的AlN陶瓷基板,。日本Maruwa公司是目前世界上AlN陶瓷基板產量最大的公司,，該公司能夠批量生產熱導率為170-200W/(m·K)的AlN陶瓷基板，市場化的常規(guī)尺寸為190mm×139mm,，其研制的超高導熱AlN陶瓷基板熱導率可達230W/(m·K)以上,。日本Sumitomo公司能夠批量生產作為封裝熱沉材料使用的AlN陶瓷基板，尺寸能夠達到110mm×110mm,，熱導率為170W/(m·K),，最高可達220W/(m·K)，并且能夠對AlN陶瓷基板進行薄膜金屬化,。
德國Anceram公司能夠批量生產熱導率在140-180W/(m·K)的AlN陶瓷基板,，并生產專用于AlN陶瓷基板的金屬化漿料，其生產的AlN陶瓷基板已應用于功率半導體器件中,，為大功率整流器,、IGBT等模塊電路提供散熱通道。德國Ceramtec公司生產的180W/(m·K)的AlN陶瓷基板及AlN封裝產品主要為功率器件提供散熱通道,，AlN產品主要應用于大功率電子元器件領域,、IGBT、電子通訊和高功率LED散熱系統(tǒng),。
雖然近幾年國內的研究取得顯著的進展,，其中很多技術已經在實際生產中得到應用，但是與發(fā)達國家還有一定的差距,。國內能夠批量化生產和銷售的AlN陶瓷基板的熱導率主要集中在170W/(m·K)附近,，AlN產品熱導率偏低，而最能體現(xiàn)AlN陶瓷技術水平的200W/(m·K)以上的高導熱AlN材料,，在國內迄今少有報道,。
導熱填料
隨著電子產品及其器件的小型化和高度集成化，散熱問題已經成為制約電子技術發(fā)展的重要瓶頸,，而其中決定散熱功效的導熱界面材料等導熱復合材料更是受到人們越來越多的關注,。
目前商業(yè)導熱復合材料一般由聚合物和導熱填料復合而成。由于聚合物的熱導率很低,，一般小于0.5W/m·K,，所以導熱復合材料的熱導率主要由導熱填料決定,。目前市場上應用最廣泛的填料是以Al2O3等為代表的氧化物填料，但氧化鋁的本征熱導率只有38~42W/m·K,，受其限制,，將很難制備出滿足未來散熱材料市場需求的導熱復合材料。
常見的聚合物基體與導熱填料的熱導率
與之相比,，AlN的理論熱導率高達320W/m·K,，且具有熱膨脹系數(shù)小、絕緣性能好,、介電常數(shù)低,、與硅膨脹系數(shù)相匹配等優(yōu)異性能，因此以AlN粉體為填料來制備導熱復合材料近年來受到熱捧,。
需要指出的是,，雖然氮化鋁綜合性能遠優(yōu)于氧化鋁、氧化鈹和碳化硅,，被認為是高集成度半導體基片和電子器件封裝的理想材料,，但它易吸收空氣中的水發(fā)生水解反應，使其表面包覆上一層氫氧化鋁薄膜,，導致導熱通路中斷且聲子的傳遞受到影響,，并且其大含量填充會使聚合物粘度大大提高，不利于成型加工,。
為了克服上述問題,，必須對氮化鋁導熱粒子進行表面改性以改善二者之間的界面結合問題。目前主要有兩種對無機顆粒表面進行改性的方法,，一種是表面化學反應法,，它是小分子物質如偶聯(lián)劑在無機顆粒表面的吸附或反應。另一種是表面接枝法,，它是聚合物單體與無機顆粒表面的羥基發(fā)生接枝反應,。
目前普遍使用的是偶聯(lián)劑表面改性，如硅烷和鈦酸酯偶聯(lián)劑及其它類型表面處理劑,。與表面化學反應法相比,，表面接枝法具有更大的靈活性，它能根據(jù)不同的特性需求選擇滿足條件的單體和接枝反應過程,。
參考來源：
[1]王琦等.氮化鋁基導熱復合材料的制備及性能
[2]程浩等.電子封裝陶瓷基板
[3]張浩.高導熱AlN陶瓷基板的制備技術研究
[4]中國粉體網
（中國粉體網編輯整理/山川）
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