目前,对保护环境和节约能源的呼声高涨,使得国内的新能源电动汽车倍受关注。大功率封装器件在调控汽车速度和储存-转换交流和直流上发挥着决定性作用。而高频率的热循环对电子封装的散热提出了严格的要求,同时工作环境的复杂性和多元性需要封装材料具有较好的抗热震性和高强度来起到支撑作用。此外,随着以高电压、大电流和高频化为主要特征的现代电力电子技术的高速发展,应用于该技术的功率模块散热效率更成为了关键。电子封装系统中的陶瓷基板材料是散热的关键,同时为了应对工作环境的复杂化也应具有高强度和高可靠性。
近年来已经大规模生产、应用较为广泛的陶瓷基板主要有:Al2O3、BeO、SiC、Si3N4、AlN等。
Al2O3由于其制备工艺简单、绝缘性好,且耐高温,目前在散热基板行业中占有重要的地位。但是Al2O3的热导率较低,无法满足高功率大电压器件发展要求,只适用于对散热要求较低的工作环境,而且由于弯曲强度较低也限制了Al2O3陶瓷作为散热基板的应用范围。
氮化硅的强度很高,尤其是热压氮化硅,是世界上坚硬的物质之一。它极耐高温,强度一直可以维持到1200℃的高温而不下降,受热后不会熔成融体,一直到1900℃才会分解,并有惊人的耐化学腐蚀性能,废旧氮化硅材料价格,能耐几乎所有的无机酸和30%以下的溶液,也能耐很多有机酸的腐蚀;同时又是一种电绝缘材料。
氮化硅 - 性质 化学式Si3N4。白色粉状晶体;熔点1900℃,废旧氮化硅材料报价,密度3.44克/厘米(20℃);有两种变体:α型为六方密堆积结构;β型为似晶石结构。氮化硅有杂质或过量硅时呈***。
烧结助剂的影响
氮化硅属于强共价键化合物,依靠固相扩散很难烧结致密,必需添加烧结助剂,如MgO、Al2O3、CaO和稀土氧化物等,废旧氮化硅材料,在烧结过程,添加的烧结助剂中可以与氮化硅粉体表面的原生氧化物发生反应,形成低熔点的共晶熔液,利用液相烧结机理实现致密化。
然而,烧结助剂所形成的晶界相自身的热导率较低,废旧氮化硅材料用途,对氮化硅陶瓷热导率具有不利影响,如氮化硅陶瓷常用的Al2O3烧结助剂,在高温下会与氮化硅和其表面氧化物形成SiAlON固溶体,造成晶界附近的晶格发生畸变,对声子传热产生阻碍,从而大幅度降低氮化硅陶瓷的热导率。因此选用适合的烧结助剂,制定合理的配方体系是提升氮化硅热导率的关键途径。
氧化物类烧结助剂是氮化硅陶瓷常用的烧结助剂体系,常见的为金属氧化物和稀土氧化物的组合。研究表明,氮化硅陶瓷的热导率随着烧结助剂稀土元素阳离子半径的增大有减小的趋势;与添加MgO助烧结相比,添加CaO助烧结不利于氮化硅柱状晶的生长,热导率及强度普遍较低,但硬度较高。事实上Y2O3-MgO体系的烧结助剂是高导热氮化硅材料应用比较广泛的烧结助剂体系。
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