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REVIEW
功率模块封装用高强度高热导率Si3N4陶瓷的研究进展
付师
1,2
杨增朝
1,*
李江涛
1,2,*
作者单位
摘要
1
1.中国科学院 理化技术研究所, 低温重点实验室, 北京 100190
2
2.中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
随着以SiC和GaN为代表的第三代宽禁带半导体的崛起, 电力电子器件向高输出功率和高功率密度的方向快速发展, 对用于功率模块封装的陶瓷基板材料提出更高的性能要求。传统的Al
2
O
3
和AlN陶瓷由于热导率较低或力学性能较差, 均不能满足新一代功率模块封装的应用需求, 相较之下, 新发展的Si
3
N
4
陶瓷因兼具高强度和高热导率, 成为最具潜力的绝缘性散热基板材料。近年来, 研究人员通过筛选有效的烧结助剂体系, 并对烧结工艺进行优化, 在制备高强度高热导率Si
3
N
4
陶瓷方面取得一系列突破性进展。另外, 伴随覆铜Si
3
N
4
陶瓷基板工程应用的推进, 对其制成的基板的力、热和电学性能的评价也成为研究热点。本文从影响Si
3
N
4
陶瓷热导率的关键因素出发, 重点对通过烧结助剂的选择和烧结工艺的改进来提高Si
3
N
4
陶瓷热导率的国内外工作进行综述。此外, 首次系统总结并介绍了Si
3
N
4
陶瓷基板的介电击穿强度以及覆铜后性能评价研究的最新进展, 最后展望了高热导率Si
3
N
4
陶瓷基板的未来发展方向。
氮化硅
热导率
力学性能
烧结助剂
烧结工艺
综述
silicon nitride
thermal conductivity
mechanical property
sintering additives
sintering processes
review
PDF全文
Full Text
无机材料学报
2023, 38(10): 1117
RESEARCH ARTICLE
复合烧结助剂对Si3N4陶瓷力学性能和热导率的影响
付师
1,2
杨增朝
1
李宏华
1,*
王良
1
李江涛
1,2,*
作者单位
摘要
1
1.中国科学院 理化技术研究所, 低温重点实验室, 北京 100190
2
2.中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
Si
3
N
4
陶瓷因兼具优异的力学和热学性能, 成为第三代半导体陶瓷基板的首选材料之一。本研究以7种不同离子半径的稀土氧化物(RE
2
O
3
, RE=Sc、Lu、Yb、Y、Gd、Nd、La)与非氧化物(MgSiN
2
)作复合烧结助剂, 通过热压烧结和退火热处理制备了高强、高热导Si
3
N
4
陶瓷, 并系统研究了复合烧结助剂中RE
2
O
3
种类对Si
3
N
4
陶瓷物相组成、微结构、力学性能和热导率的影响规律。热压后Si
3
N
4
陶瓷力学性能优越, 其中添加Nd
2
O
3
-MgSiN
2
的样品弯曲强度达到(1115±49) MPa。退火处理后Si
3
N
4
陶瓷的热导率得到大幅提升, 呈现出随稀土离子半径减小而逐渐增大的规律, 其中添加Sc
2
O
3
-MgSiN
2
的样品退火后的热导率从54.7 W·m
-1
·K
-1
提升至80.7 W·m
-1
·K
-1
, 提升了47.6%。该结果表明, 相较于国际上通用的Y
2
O
3
-MgSiN
2
和Yb
2
O
3
-MgSiN
2
烧结助剂组合, Sc
2
O
3
-MgSiN
2
有望成为制备高强度、高热导Si
3
N
4
陶瓷的新型复合助剂。
氮化硅
复合烧结助剂
退火处理
热导率
silicon nitride
composite sintering additives
annealing
thermal conductivity
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无机材料学报
2022, 37(9): 947
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