中国粉体网讯  AlN有很高的热导率，理论值达到320W/(m·K)，是Al₂O₃的7-10倍，凭借如此高的“散热基因”，氮化铝自然成为了高效散热需求领域的重点关注对象。   

目前来讲，氮化铝在高导热领域的应用主要集中在两个方面：封装基板和导热填料。       

封装基板

AlN：理想的电子封装基片材料        

封装基板主要利用材料本身具有的高热导率，将热量从芯片(热源)导出，实现与外界环境的热交换。对于功率半导体器件而言，封装基板必须满足以下要求：

(1)高热导率；

(2)与芯片材料热膨胀系数匹配；

(3)耐热性好，满足功率器件高温使用需求，具有良好的热稳定性；

(4)绝缘性好，满足器件电互连与绝缘需求；

(5)机械强度高，满足器件加工、封装与应用过程的强度要求；

(6)价格适宜，适合大规模生产及应用。     

目前常用电子封装基板主要可分为高分子基板、金属基板(金属核线路板，MCPCB)和陶瓷基板几类。陶瓷材料本身具有热导率高、耐热性好、高绝缘、高强度、与芯片材料热匹配等性能，非常适合作为功率器件封装基板，目前，常用电子封装陶瓷基片材料包括氧化铝、氮化铝、氮化硅、氧化铍(BeO)等。

氮化铝粉和氮化铝基片

AlN陶瓷理论热导率很高，其商用产品热导率也可达到为180W/(m·K)~260W/(m·K)，热膨胀系数只有氧化铝陶瓷的50%，此外还具有绝缘强度高、介电常数低、耐腐蚀性好等优势。除了成本较高外，氮化铝陶瓷综合性能均优于氧化铝陶瓷，是一种非常理想的电子封装基片材料，尤其适用于导热性能要求较高的领域。

氮化铝基板发展现状     

国外对AlN粉体及其相关产品研究开发时间较早，生产技术成熟，其中，日、美、德等国家现已推出AlN粉体、基板及其金属化、电子封装等相关产品，已实现产品商品化。国际上，日本京瓷(Kyocera)、东芝(Toshiba)、德山曹达(Tokuyama)、住友电工(Sumitomo)、丸和(Maruwa)，美国的Carborundum、Oasis、Natel、CMC、Adtech，德国的Anceram、Ceramtec等公司在国际市场上占据主导地位，代表国际上高导热AlN陶瓷基板的最高水平。   

国外主要公司AlN产品性能指标

日本Toshiba公司能批量生产热导率为170W/(m·K)和为200W/(m·K)以上的AlN陶瓷基板，并可在AlN陶瓷基板上印制烧结W导体金属化图形，同时还可以采用活性金属化的方法在AlN陶瓷基板上制作Cu导体金属化图形。Toshiba公司研制的超高导热AlN陶瓷基板，热导率可达270W/(m·K)以上，是现在世界上热导率最高的AlN陶瓷基板。日本Maruwa公司是目前世界上AlN陶瓷基板产量最大的公司，该公司能够批量生产热导率为170-200W/(m·K)的AlN陶瓷基板，市场化的常规尺寸为190mm×139mm，其研制的超高导热AlN陶瓷基板热导率可达230W/(m·K)以上。日本Sumitomo公司能够批量生产作为封装热沉材料使用的AlN陶瓷基板，尺寸能够达到110mm×110mm，热导率为170W/(m·K)，最高可达220W/(m·K)，并且能够对AlN陶瓷基板进行薄膜金属化。

德国Anceram公司能够批量生产热导率在140-180W/(m·K)的AlN陶瓷基板，并生产专用于AlN陶瓷基板的金属化浆料，其生产的AlN陶瓷基板已应用于功率半导体器件中，为大功率整流器、IGBT等模块电路提供散热通道。德国Ceramtec公司生产的180W/(m·K)的AlN陶瓷基板及AlN封装产品主要为功率器件提供散热通道，AlN产品主要应用于大功率电子元器件领域、IGBT、电子通讯和高功率LED散热系统。

虽然近几年国内的研究取得显著的进展，其中很多技术已经在实际生产中得到应用，但是与发达国家还有一定的差距。国内能够批量化生产和销售的AlN陶瓷基板的热导率主要集中在170W/(m·K)附近，AlN产品热导率偏低，而最能体现AlN陶瓷技术水平的200W/(m·K)以上的高导热AlN材料，在国内迄今少有报道。

导热填料

随着电子产品及其器件的小型化和高度集成化，散热问题已经成为制约电子技术发展的重要瓶颈，而其中决定散热功效的导热界面材料等导热复合材料更是受到人们越来越多的关注。

目前商业导热复合材料一般由聚合物和导热填料复合而成。由于聚合物的热导率很低，一般小于0.5W/m·K，所以导热复合材料的热导率主要由导热填料决定。目前市场上应用最广泛的填料是以Al2O3等为代表的氧化物填料，但氧化铝的本征热导率只有38~42W/m·K，受其限制，将很难制备出满足未来散热材料市场需求的导热复合材料。  

常见的聚合物基体与导热填料的热导率

与之相比，AlN的理论热导率高达320W/m·K，且具有热膨胀系数小、绝缘性能好、介电常数低、与硅膨胀系数相匹配等优异性能，因此以AlN粉体为填料来制备导热复合材料近年来受到热捧。    

需要指出的是，虽然氮化铝综合性能远优于氧化铝、氧化铍和碳化硅，被认为是高集成度半导体基片和电子器件封装的理想材料，但它易吸收空气中的水发生水解反应，使其表面包覆上一层氢氧化铝薄膜，导致导热通路中断且声子的传递受到影响，并且其大含量填充会使聚合物粘度大大提高，不利于成型加工。

为了克服上述问题，必须对氮化铝导热粒子进行表面改性以改善二者之间的界面结合问题。目前主要有两种对无机颗粒表面进行改性的方法，一种是表面化学反应法，它是小分子物质如偶联剂在无机颗粒表面的吸附或反应。另一种是表面接枝法，它是聚合物单体与无机颗粒表面的羟基发生接枝反应。

目前普遍使用的是偶联剂表面改性，如硅烷和钛酸酯偶联剂及其它类型表面处理剂。与表面化学反应法相比，表面接枝法具有更大的灵活性，它能根据不同的特性需求选择满足条件的单体和接枝反应过程。

参考来源：

[1]王琦等.氮化铝基导热复合材料的制备及性能

[2]程浩等.电子封装陶瓷基板

[3]张浩.高导热AlN陶瓷基板的制备技术研究

[4]中国粉体网    

（中国粉体网编辑整理/山川）

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