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(chǎn)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(zhì);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?shù)臒Y(jié)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(jié)助劑是Y2O3-MgO，但是仍不可避免地引入了氧雜質(zhì)，因此可以選用非氧化物燒結(jié)助劑來替換氧化物燒結(jié)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(jié)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(jié)溫度等方式來促進晶型轉(zhuǎn)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(shù)。

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(zhuǎn)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(zhì)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(chǎn)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(zhì)，因此需要在減小粒度的同時避免氧雜質(zhì)的滲入。

(2)目前，燒結(jié)助劑的非氧化、多功能化成為研究的熱點，選用合適的燒結(jié)助劑不僅能促進燒結(jié)，減少晶界相，還能降低晶格氧含量，促進晶型轉(zhuǎn)變。因此，高效的、多功能的燒結(jié)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(jié)中制造還原性的氣氛或添加具有還原性的物質(zhì)是將來研究的熱點。

(4)實現(xiàn)氮化硅基板的大規(guī)模生產(chǎn)，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。