陶瓷基是高導(dǎo)熱絕緣材料的最佳選擇嗎？

隨著電氣電子設(shè)備向高功率密度化、小型輕化和高度集成化方向的發(fā)展，設(shè)備單位體積內(nèi)所產(chǎn)生的熱量急劇增加，熱量的不斷積累及由此產(chǎn)生的溫升會(huì)加速絕緣電介質(zhì)的老化失效，極大地降低電氣電子設(shè)備運(yùn)行的可靠性和壽命。對(duì)電子器件來(lái)說(shuō)，每超過(guò)額定溫度2℃，可靠性降低10%。變壓器繞組溫度每增加6℃，預(yù)期壽命縮短一半。因此，散熱是制約電氣電子設(shè)備高功率密度化和高度集成化的瓶頸問(wèn)題。

高導(dǎo)熱絕緣材料的種類

填充型高導(dǎo)熱絕緣材料： 包括環(huán)氧/硅膠基高導(dǎo)熱灌封膠、環(huán)氧基高導(dǎo)熱膠黏劑、高導(dǎo)熱硅膠墊片、高導(dǎo)熱硅脂等。

陶瓷基導(dǎo)熱絕緣材料：陶瓷封裝具有耐熱性好、不易產(chǎn)生裂紋、熱沖擊后不產(chǎn)生損傷、機(jī)械強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)小、電絕緣性能高、熱導(dǎo)率高、高頻特性、化學(xué)穩(wěn)定性高、氣密性好等優(yōu)點(diǎn)，適用于航空航天、軍事工程所要求的高可靠、高頻、耐高溫、氣密性強(qiáng)的產(chǎn)品封裝。由于陶瓷材料所具有的良好的綜合性能，使其廣泛用于混合集成電路和多芯片模組。在要求高密封的場(chǎng)合，可選用陶瓷封裝。

SiC的熱導(dǎo)率很高，是Al₂O₃的十幾倍，熱膨脹系數(shù)也低于Al₂O₃和AlN，但是SiC的介電常數(shù)過(guò)高，所以僅適用于密度較低的封裝。AlN陶瓷是被國(guó)內(nèi)外專家最為看好的封裝材料，具有與SiC相接近的高熱導(dǎo)率，熱膨脹系數(shù)低于Al₂O₃，斷裂強(qiáng)度大于Al₂O₃，維氏硬度是Al₂O₃的一半，與Al₂O₃相比，AlN的低密度可使重量降低20%，因此AlN封裝材料引起國(guó)內(nèi)外封裝界越來(lái)越廣泛的重視。

高導(dǎo)熱絕緣材料的趨勢(shì)

展至科技產(chǎn)品在配合高導(dǎo)熱的陶瓷基體，DPC顯著提高了散熱效率，在適合高功率、小尺寸LED發(fā)展需求的產(chǎn)品。而陶瓷散熱基板具有新的導(dǎo)熱材料和新的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并且彌補(bǔ)了鋁金屬基板所具有的缺陷，從而改善基板的整體散熱效果。

AlN陶瓷材料從20世紀(jì)90年代開(kāi)始得到廣泛地研究而逐步發(fā)展起來(lái)，是目前普遍認(rèn)為很有發(fā)展前景的電子陶瓷封裝基板材料。AlN陶瓷基板的散熱效率是Al2O3基板的7倍之多，AlN基板應(yīng)用于高功率LED的散熱效益顯著，進(jìn)而大幅提升LED的使用壽命。AlN基板的缺點(diǎn)是即使表面有非常薄的氧化層也會(huì)對(duì)熱導(dǎo)率產(chǎn)生較大影響，只有對(duì)材料和工藝進(jìn)行嚴(yán)格控制才能制造出一致性較好的AlN基板。

基于板上封裝技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的直接覆銅陶瓷板(DBC)也是一種導(dǎo)熱性能優(yōu)良的陶瓷基板。DBC基板在制備過(guò)程中沒(méi)有使用黏結(jié)劑，因而導(dǎo)熱性能好，強(qiáng)度高，絕緣性強(qiáng)，熱膨脹系數(shù)與Si等半導(dǎo)體材料相匹配。然而，陶瓷基板與金屬材料的反應(yīng)能力低，潤(rùn)濕性差，實(shí)施金屬化頗為困難，不易解決Al2O3與銅板間微氣孔產(chǎn)生的問(wèn)題，這使得該產(chǎn)品的量產(chǎn)與良品率受到較大的挑戰(zhàn)，仍然是國(guó)內(nèi)外科研工作者研究的重點(diǎn)。