高導熱氮化硅陶瓷基板導熱率的現(xiàn)狀和發(fā)展

風力發(fā)電、混合動力汽車、LED照明等領域以為環(huán)保的要求，電子器件中的散熱基板提出了更高的要求，傳統(tǒng)的陶瓷基板如AlN、Al2O3、BeO熱導率和力學性能等也不是很完美，市場的發(fā)展需要自然會使得某一種產品成為發(fā)展趨勢。

隨著制備工藝的不斷優(yōu)化，氮化硅陶瓷實際熱導率也在不斷提高。為了降低晶格氧含量，首先在原料的選擇上降低氧含量，一方面可選用含氧量比較少的Si粉作為起始原料，但是要避免在球磨的過程中引入氧雜質;另一方面，選用高純度的α-Si3N4或者β-Si3N4作為起始原料也能減少氧含量。

其次選用適當的燒結助劑也能通過減少氧含量的方式提高熱導率。目前使用較多的燒結助劑是Y2O3-MgO，但是仍不可避免地引入了氧雜質，因此可以選用非氧化物燒結助劑來替換氧化物燒結助劑，如YF3-MgO、MgF2-Y2O3、Y2Si4N6C-MgO、MgSiN2-YbF3等在提高熱導率方面也取得了非常不錯的效果。研究發(fā)現(xiàn)通過加入碳來降低氧含量也能達到很好的效果，通過在原料粉體中摻雜一部分碳，使原料粉體在氮化、燒結時處于還原性較強的環(huán)境中，從而促進了氧的消除。

此外，通過加入晶種和提高燒結溫度等方式來促進晶型轉變及通過外加磁場等方法使晶粒定向生長，都能在一定程度上提高熱導率。為了滿足電子器件的尺寸要求，流延成型成為大規(guī)模制備氮化硅陶瓷基板的關鍵技術。

從影響熱導率的主要因素入手，降低晶格氧含量、促進晶型轉變及實現(xiàn)晶軸定向生長三種提高實際熱導率的方法;然后，指出了流延成型是大規(guī)模制備高導熱氮化硅陶瓷的關鍵，流延漿料的流動性、流延片和漿料的潤濕性及穩(wěn)定性都會影響大規(guī)模制備高導熱氮化硅陶瓷基板。

Si3N4陶瓷（氮化硅陶瓷基板）電子器件首選的陶瓷基板材料，由于其潛在的高導熱性能和優(yōu)異的力學性能，在大功率半導體器件領域越來越受歡迎。

解決目前氮化硅陶瓷基板的導熱性能限制的問題可以提高和實現(xiàn)較高的熱導率。

但是有諸多限制其熱導率的因素，如晶格缺陷、雜質元素、晶格氧含量、晶粒尺寸等，導致氮化硅陶瓷的實際熱導率并不高。目前，就如何提高氮化硅的實際熱導率從而實現(xiàn)大規(guī)模生產還存在一些待解決的問題:

(1)原料粉體的顆粒尺寸對制備性能優(yōu)異的氮化硅陶瓷有著重要影響，但是在減小粉末粒度的同時也會使顆粒表面發(fā)生氧化，引入額外的氧雜質，因此需要在減小粒度的同時避免氧雜質的滲入。

(2)目前，燒結助劑的非氧化、多功能化成為研究的熱點，選用合適的燒結助劑不僅能促進燒結，減少晶界相，還能降低晶格氧含量，促進晶型轉變。因此，高效的、多功能的燒結助劑也是重要的研究方向。

(3)為了降低晶格氧含量，在制備過程中加入具有還原性的碳能起到不錯的效果。故在氮化或燒結中制造還原性的氣氛或添加具有還原性的物質是將來研究的熱點。

(4)實現(xiàn)氮化硅基板的大規(guī)模生產，流延成型是一個不錯的選擇?？墒怯捎谟袡C物的影響，氮化硅基體的致密度不高，而且流延成型的氮化硅晶粒定向生長不明顯，如何實現(xiàn)流延片中的氮化硅顆粒定向生長和提升其致密度必將成為研究熱點。

氮化硅陶瓷基板在陶瓷基板里面的性能和都比較好，相對于氮化鋁陶瓷基板來說，氮化硅導熱是沒有氮化鋁陶瓷基板高，因此在制作工藝過程能解決限制的問題就可以實現(xiàn)較高的導熱率。