日本企業(yè)成功開(kāi)發(fā)出顛覆性陶瓷導(dǎo)熱材料！

據(jù)日經(jīng)XTECH消息，來(lái)自名古屋大學(xué)的初創(chuàng)企業(yè)U-MAP開(kāi)發(fā)了一種打破常識(shí)的新型散熱材料——纖維狀氮化鋁基板及墊片，基板用于功率半導(dǎo)體和激光器等的封裝，墊片用于CPU等的散熱。

基于現(xiàn)階段電子芯片的綜合性能越來(lái)越高、整體尺寸越來(lái)越小的發(fā)展情況，電子芯片工作過(guò)程中所呈現(xiàn)出的熱流密度同樣大幅提升。對(duì)于電子器件而言，通常溫度每升高10℃，器件有效壽命就降低30%~50%。因此，提高器件散熱能力至關(guān)重要。

然而，提高器件散熱能力離不開(kāi)高導(dǎo)熱的封裝材料。陶瓷材料本身具有熱導(dǎo)率高、耐熱性好、高絕緣、高強(qiáng)度、與芯片材料熱匹配等性能，非常適合作為電子器件散熱材料。目前常用電子封裝散熱材料主要有氧化鋁、碳化硅、氮化鋁、氮化硅、氧化鈹?shù)取?/p>

但氧化鋁、碳化硅、氧化鈹?shù)炔牧献鳛閷?dǎo)熱材料性能一般，潛力不大。目前最受矚目的散熱材料當(dāng)屬氮化鋁和氮化硅。氮化硅陶瓷性能較為全面，在現(xiàn)有可作為基板材料使用的陶瓷材料中，其抗彎強(qiáng)度高(大于800MPa)，耐磨性好，被稱為綜合機(jī)械性能最好的陶瓷材料。氮化鋁陶瓷理論熱導(dǎo)率可達(dá)320W/（m·K），其商用產(chǎn)品熱導(dǎo)率一般為180W/（m·K）~260W/（m·K），但是其機(jī)械強(qiáng)度相比氮化硅陶瓷略遜一籌。

對(duì)此，日本初創(chuàng)企業(yè)U-MAP將纖維狀的AlN單晶體“Thermalnite”填充制成基板，在保持高導(dǎo)熱率的情況下提高了機(jī)械強(qiáng)度。通過(guò)這種方法，使其“斷裂韌性”達(dá)到5.5MPa·m1/2，是普通AlN基板的約兩倍，與Si3N4接近，導(dǎo)熱率達(dá)到200W/m·K以上。

此外，將該纖維狀氮化鋁材料添加到普通的TIM（熱界面材料） 墊片中可使其機(jī)械強(qiáng)度增加到接近原來(lái)2倍，因此可對(duì)墊片實(shí)現(xiàn)減薄，普通TIM墊片的厚度為0.5mm左右，而開(kāi)發(fā)品的厚度只有0.2mm，這可在原有高導(dǎo)熱特性基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的提高導(dǎo)熱性。

據(jù)悉，U-MAP將于2024年量產(chǎn)AlN基板，生產(chǎn)將由合作伙伴岡本硝子進(jìn)行。TIM墊片的產(chǎn)品化也正不斷推進(jìn)，計(jì)劃2023年內(nèi)供貨樣品。據(jù)說(shuō)最快2024年下半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

審核編輯：劉清