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陶瓷基是高导热绝缘材料的最佳选择吗?

 时间:2023-05-27     浏览:637     分享

陶瓷基是高导热绝缘材料的最佳选择吗?

随着电气电子设备向高功率密度化、小型轻化和高度集成化方向的发展,设备单位体积内所产生的热量急剧增加,热量的不断积累及由此产生的温升会加速绝缘电介质的老化失效,极大地降低电气电子设备运行的可靠性和寿命。对电子器件来说,每超过额定温度2℃,可靠性降低10%。变压器绕组温度每增加6℃,预期寿命缩短一半。因此,散热是制约电气电子设备高功率密度化和高度集成化的瓶颈问题。

 

高导热绝缘材料的种类

 

填充型高导热绝缘材料 包括环氧/硅胶基高导热灌封胶、环氧基高导热胶黏剂、高导热硅胶垫片、高导热硅脂等。

陶瓷基导热绝缘材料陶瓷封装具有耐热性好、不易产生裂纹、热冲击后不产生损伤、机械强度高、热膨胀系数小、电绝缘性能高、热导率高、高频特性、化学稳定性高、气密性好等优点,适用于航空航天、军事工程所要求的高可靠、高频、耐高温、气密性强的产品封装。由于陶瓷材料所具有的良好的综合性能,使其广泛用于混合集成电路和多芯片模组。在要求高密封的场合,可选用陶瓷封装。

 

SiC的热导率很高,是Al2O3的十几倍,热膨胀系数也低于Al2O3AlN,但是SiC的介电常数过高,所以仅适用于密度较低的封装。AlN陶瓷是被国内外专家最为看好的封装材料,具有与SiC相接近的高热导率,热膨胀系数低于Al2O3,断裂强度大于Al2O3,维氏硬度是Al2O3的一半,与Al2O3相比,AlN的低密度可使重量降低20%,因此AlN封装材料引起国内外封装界越来越广泛的重视。

 

 

高导热绝缘材料的趋势

 

展至科技产品在配合高导热的陶瓷基体,DPC显著提高了散热效率,在适合高功率、小尺寸LED发展需求的产品。而陶瓷散热基板具有新的导热材料和新的内部结构,并且弥补了铝金属基板所具有的缺陷,从而改善基板的整体散热效果。

AlN陶瓷材料从20世纪90年代开始得到广泛地研究而逐步发展起来,是目前普遍认为很有发展前景的电子陶瓷封装基板材料。AlN陶瓷基板的散热效率是Al2O3基板的7倍之多,AlN基板应用于高功率LED的散热效益显著,进而大幅提升LED的使用寿命。AlN基板的缺点是即使表面有非常薄的氧化层也会对热导率产生较大影响,只有对材料和工艺进行严格控制才能制造出一致性较好的AlN基板。

基于板上封装技术而发展起来的直接覆铜陶瓷板(DBC)也是一种导热性能优良的陶瓷基板。DBC基板在制备过程中没有使用黏结剂,因而导热性能好,强度高,绝缘性强,热膨胀系数与Si等半导体材料相匹配。然而,陶瓷基板与金属材料的反应能力低,润湿性差,实施金属化颇为困难,不易解决Al2O3与铜板间微气孔产生的问题,这使得该产品的量产与良品率受到较大的挑战,仍然是国内外科研工作者研究的重点。