高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基板導(dǎo)熱率的現(xiàn)狀和發(fā)展

風(fēng)力發(fā)電、混合動(dòng)力汽車(chē)、LED照明等領(lǐng)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(dǎo)率和力學(xué)性能等也不是很完美，市場(chǎng)的發(fā)展需要自然會(huì)使得某一種產(chǎn)品成為發(fā)展趨勢(shì)。

隨著制備工藝的不斷優(yōu)化，氮化硅陶瓷實(shí)際熱導(dǎo)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(guò)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(dāng)?shù)臒Y(jié)助劑也能通過(guò)減少氧含量的方式提高熱導(dǎo)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(lái)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(dǎo)率方面也取得了非常不錯(cuò)的效果。研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)加入碳來(lái)降低氧含量也能達(dá)到很好的效果，通過(guò)在原料粉體中摻雜一部分碳，使原料粉體在氮化、燒結(jié)時(shí)處于還原性較強(qiáng)的環(huán)境中，從而促進(jìn)了氧的消除。

此外，通過(guò)加入晶種和提高燒結(jié)溫度等方式來(lái)促進(jìn)晶型轉(zhuǎn)變及通過(guò)外加磁場(chǎng)等方法使晶粒定向生長(zhǎng)，都能在一定程度上提高熱導(dǎo)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(guān)鍵技術(shù)。

從影響熱導(dǎo)率的主要因素入手，降低晶格氧含量、促進(jìn)晶型轉(zhuǎn)變及實(shí)現(xiàn)晶軸定向生長(zhǎng)三種提高實(shí)際熱導(dǎo)率的方法;然后，指出了流延成型是大規(guī)模制備高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷的關(guān)鍵，流延漿料的流動(dòng)性、流延片和漿料的潤(rùn)濕性及穩(wěn)定性都會(huì)影響大規(guī)模制備高導(dǎo)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(dǎo)熱性能和優(yōu)異的力學(xué)性能，在大功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域越來(lái)越受歡迎。

解決目前氮化硅陶瓷基板的導(dǎo)熱性能限制的問(wèn)題可以提高和實(shí)現(xiàn)較高的熱導(dǎo)率。

但是有諸多限制其熱導(dǎo)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(dǎo)致氮化硅陶瓷的實(shí)際熱導(dǎo)率并不高。目前，就如何提高氮化硅的實(shí)際熱導(dǎo)率從而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)還存在一些待解決的問(wèn)題:

(1)原料粉體的顆粒尺寸對(duì)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(shí)也會(huì)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(shí)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(diǎn)，選用合適的燒結(jié)助劑不僅能促進(jìn)燒結(jié)，減少晶界相，還能降低晶格氧含量，促進(jìn)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(guò)程中加入具有還原性的碳能起到不錯(cuò)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(lái)研究的熱點(diǎn)。

(4)實(shí)現(xiàn)氮化硅基板的大規(guī)模生產(chǎn)，流延成型是一個(gè)不錯(cuò)的選擇?？墒怯捎谟袡C(jī)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(zhǎng)不明顯，如何實(shí)現(xiàn)流延片中的氮化硅顆粒定向生長(zhǎng)和提升其致密度必將成為研究熱點(diǎn)。

氮化硅陶瓷基板在陶瓷基板里面的性能和都比較好，相對(duì)于氮化鋁陶瓷基板來(lái)說(shuō)，氮化硅導(dǎo)熱是沒(méi)有氮化鋁陶瓷基板高，因此在制作工藝過(guò)程能解決限制的問(wèn)題就可以實(shí)現(xiàn)較高的導(dǎo)熱率。