В практических применениях, помимо высокой теплопроводности и высоких электроизоляционных свойств, подложки из нитрида алюминия также должны обладать высокой прочностью на изгиб во многих областях. В настоящее время прочность на трехточечный изгиб нитрида алюминия, имеющегося в обращении на рынке, обычно составляет 400–500 МПа, что серьезно ограничивает продвижение и применение керамических подложек из нитрида алюминия, особенно в области силовых устройств IGBT с высокими требованиями к надежности. Из-за сложного производственного процесса и высокой стоимости производства материалов AlN большинство отечественных материалов AlN по-прежнему не могут удовлетворить прикладные требования высокой теплопроводности и высокой прочности.
При приготовлении керамической подложки из нитрида алюминия выбор методов спекания и спекающих добавок часто дает двойной результат при вдвое меньших усилиях, а введение спекающих добавок в настоящее время является распространенным методом спекания керамики из нитрида алюминия. С одной стороны, образование низкотемпературной эвтектической фазы и реализация спекания в жидкой фазе способствуют получению компактного тела; С другой стороны, в нитриде алюминия удаляется примесь кислорода, улучшается решетка и увеличивается теплопроводность. В настоящее время спекающие добавки, используемые при спекании керамики AlN, в основном включают Y2O3, CaO, Yb2O3, Sm2O3, Li2O3, B2O3, CaF2, YF3, CaC2 и т. д. или их смеси.
В системе формулы спеченной керамики из нитрида алюминия, когда Y2O3 превышает 3,5 мас.%, содержание Y-Al-O значительно увеличивается и агрегирует в процессе спекания. Из-за низкой теплопроводности Y3Al5O12 (около 9 Вт/(м·К)), теплопроводность керамических изделий из нитрида алюминия после спекания серьезно ухудшается. Когда содержание CaF2 и Li2O превышает 1,33 мас.%, из-за улетучивания фторидных и литийсодержащих соединений пористость спеченного керамического тела из нитрида алюминия увеличивается в процессе спекания, а плотность керамики снижается. , что приводит к резкому снижению прочности на изгиб керамических изделий из нитрида алюминия после спекания. Когда содержание каждой добавки меньше минимального значения, эффект улучшения механических свойств не может быть реализован или эффект очень мал.
Таким образом, керамическая подложка из нитрида алюминия в практическом применении сталкивается с комплексными требованиями высокой теплопроводности, высоких электроизоляционных свойств и высокой прочности на изгиб, но прочность на изгиб продуктов, находящихся в обращении на рынке, как правило, низкая, что ограничивает ее широкое применение в области высокой надежности, такие как силовые устройства IGBT. В то же время отечественный материал AlN трудно удовлетворить требованиям применения высокой теплопроводности и высокой прочности из-за сложного производственного процесса и высокой стоимости производства. Поэтому при подготовке керамической подложки из нитрида алюминия очень важно выбрать подходящий метод спекания и спекающие добавки не только для формирования низкотемпературной эвтектической фазы для создания компактного тела, но и для удаления примесей кислорода для улучшения термических свойств. проводимость. Однако выбор и дозировка спекающих добавок должны строго контролироваться во избежание негативного воздействия на теплопроводность и прочность на изгиб. В будущем, чтобы улучшить характеристики керамических подложек из нитрида алюминия, все еще необходимо дополнительно оптимизировать процесс спекания и систему рецептур для удовлетворения потребностей более высоких уровней применения.
