影响AlN陶瓷热导率的因素有哪些？

氮化铝陶瓷的独特优势

与传统的氧化铝（Al₂O₃）陶瓷相比， 氮化铝（AlN）陶瓷 具有以下独特优势：

AlN最显著的优势在于其极高的热导率，理论值可达320 W/(m·K)，是氧化铝的5~10倍。这意味着在相同的工作条件下，AlN陶瓷可以承受更高的热流密度。作为封装基板或外壳，AlN陶瓷尤其有利于大功率芯片或模块的散热。当将其制成AlN金属陶瓷加热元件（AlN陶瓷加热器），它们能够快速加热。当制成 静电吸盘 ，它们可以快速预热/加热吸附的晶圆。

AlN 的热膨胀系数 (CTE) 较低，仅为 4.3 ppm/K，接近硅芯片的 CTE（3.5-4.0 ppm/K）。这意味着硅芯片与 AlN 陶瓷之间存在天然的高热膨胀匹配度，从而从本质上提高了封装可靠性。

此外，AlN陶瓷还具有与氧化铝陶瓷相当的机械性能、电性能和耐腐蚀性能。

AlN陶瓷兼具高热导率、低热膨胀、高强度和耐化学腐蚀等特点，是理想的散热材料，特别适用于大规模集成电路和高性能电子设备中的应用。

影响AlN陶瓷热导率的因素

由于AlN陶瓷是绝缘固体，电子和光子传热的贡献可以忽略不计。其主要的传热机制是声子（晶格振动）传导。AlN陶瓷中的Al-N键具有较高的键能和较短的键长，从而导致声子传播速度较快，这解释了其较高的热导率。

虽然AlN的理论热导率可达320 W/(m·K)，但目前只有少数公司能够生产热导率高达230 W/(m·K)的AlN陶瓷。通常，商业化产品的实际热导率在150~180 W/(m·K)之间。影响AlN陶瓷热导率的因素有：

从微观角度看，晶体结构中的晶界、界面、第二相、缺陷以及声子散射等都会影响声子的传输。从实践经验来看，影响AlN陶瓷热导率的主要因素包括晶格密度、氧含量、原料粉末纯度、微观结构等。

1、密度

低密度样品中存在大量孔隙，这些孔隙会散射声子，缩短声子的平均自由程，从而降低AlN陶瓷的热导率。此外，低密度样品可能无法满足某些应用对机械性能的要求。

2、氧含量

由于AlN与氧之间的强亲和力，AlN表面在暴露于空气或湿气时容易氧化，形成一层氧化铝薄膜。这会引入铝空位和氧缺陷，这些缺陷会在烧结过程中扩散到AlN晶格中。一旦这些缺陷扩散到整个AlN晶体网络中，声子的平均自由程就会减小，从而导致热导率下降。

3、晶格缺陷

研究发现，AlN（氮化铝陶瓷）晶格中的缺陷类型与氧原子浓度有关。

当氧浓度低于0.75%时，氧原子均匀弥散在AlN晶格中，取代氮原子，产生铝空位。

当氧浓度为0.75％或更高时，AlN晶格中铝原子的位置发生移动，消除铝空位并产生八面体缺陷。

在较高的氧浓度下，晶格会产生扩展缺陷，例如多型体、反转畴和含氧堆垛层错。

提高AlN陶瓷热导率的措施

1、增加密度

采用细颗粒、高烧结性的微纳米粉末、加入烧结助剂或采用高能物理辅助烧结方法来提高陶瓷的烧结密度。

2、降低氧含量及内部缺陷

选用高纯度、低氧含量的原料粉末。确保原料粉末的储存和半成品成型过程中避免受潮。在气氛烧结过程中严格控制氧气含量。

关于 厦门钜瓷科技

厦门钜瓷科技是中国领先的 氮化铝粉末 和 AlN陶瓷制造商。我们的产品具有优异的导热性、电气绝缘性和机械强度，广泛应用于电子封装、半导体、LED散热等领域。凭借先进的制造工艺和严格的质量控制，我们能够提供高可靠性的AlN基板、结构部件以及定制解决方案，以支持先进制造业。

联系方式：
厦门钜瓷科技有限公司

电话: +86 592 7080230
电子邮件： miki_huang@chinajuci.com

网站： www.jucialnglobal.com