Dans les applications pratiques, en plus d'une conductivité thermique élevée et de propriétés d'isolation électrique élevées, les substrats en nitrure d'aluminium doivent également avoir une résistance à la flexion élevée dans de nombreux domaines. À l'heure actuelle, la résistance à la flexion en trois points du nitrure d'aluminium en circulation sur le marché est généralement de 400 à 500 MPa, ce qui limite sérieusement la promotion et l'application des substrats céramiques en nitrure d'aluminium, en particulier dans le domaine des dispositifs de puissance IGBT ayant des exigences de fiabilité élevées. En raison du processus de production complexe et du coût de production élevé des matériaux AlN, la plupart des matériaux AlN nationaux ne sont toujours pas en mesure de répondre aux exigences d'application en matière de conductivité thermique élevée et de haute résistance.
Dans la préparation d'un substrat céramique en nitrure d'aluminium, la sélection des méthodes de frittage et des additifs de frittage est souvent le double du résultat avec la moitié de l'effort, et l'introduction d'additifs de frittage est actuellement une méthode courante pour fritter les céramiques en nitrure d'aluminium. D'une part, la formation d'une phase eutectique à basse température et la réalisation d'un frittage en phase liquide favorisent le corps compact ; D'autre part, l'impureté d'oxygène dans le nitrure d'aluminium est éliminée, le réseau est amélioré et la conductivité thermique est augmentée. À l'heure actuelle, les additifs de frittage utilisés dans le frittage des céramiques AlN comprennent principalement Y2O3, CaO, Yb2O3, Sm2O3, Li2O3, B2O3, CaF2, YF3, CaC2, etc., ou leurs mélanges.
Dans le système de formule céramique de nitrure d'aluminium fritté, lorsque Y2O3 est supérieur à 3,5 % en poids, la teneur en Y-Al-O augmente de manière significative et s'agrège dans le processus de frittage. En raison de la faible conductivité thermique de Y3Al5O12 (environ 9 W/(m·K)), la conductivité thermique des produits céramiques en nitrure d'aluminium après frittage est sérieusement affectée. Lorsque la teneur en CaF2 et Li2O est supérieure à 1,33 % en poids, en raison de la volatilisation du fluorure et des composés contenant du Li, la porosité du corps céramique en nitrure d'aluminium fritté est augmentée pendant le processus de frittage et la densité de la céramique est réduite. , entraînant une forte baisse de la résistance à la flexion des produits céramiques en nitrure d'aluminium après frittage. Lorsque chaque additif est inférieur à la valeur minimale, l'effet d'amélioration des propriétés mécaniques ne peut pas être joué ou l'effet est très faible.
En résumé, les substrats céramiques de nitrure d'aluminium dans les applications pratiques sont confrontés à des exigences complètes de conductivité thermique élevée, de propriétés d'isolation électrique élevées et de résistance à la flexion élevée, mais la résistance à la flexion des produits en circulation sur le marché est généralement faible, limitant sa large application dans le domaine de haute fiabilité tel que les dispositifs de puissance IGBT. Dans le même temps, le matériau AlN domestique est difficile à répondre aux besoins d’application en matière de conductivité thermique élevée et de résistance élevée en raison du processus de production complexe et du coût de production élevé. Par conséquent, lors de la préparation du substrat céramique en nitrure d'aluminium, il est très important de sélectionner la méthode de frittage et les additifs de frittage appropriés, non seulement pour former une phase eutectique à basse température pour favoriser le corps compact, mais également pour éliminer les impuretés d'oxygène pour améliorer la température. conductivité. Cependant, la sélection et le dosage des additifs de frittage doivent être strictement contrôlés pour éviter les effets négatifs sur la conductivité thermique et la résistance à la flexion. À l'avenir, afin d'améliorer les performances des substrats céramiques en nitrure d'aluminium, il sera encore nécessaire d'optimiser davantage le processus de frittage et le système de formulation pour répondre aux besoins de niveaux d'application plus élevés.
