中国粉体网讯 随着我国高铁、航天、军工等领域的快速发展，未来对大功率电力电子器件的需求也将越来越大。为了适应更加复杂、苛刻的应用条件，大功率电力电子器件朝着高温、高频、低功耗以及智能化、模块化、系统化方向发展，这对整个电子器件的散热提出了严峻的挑战，而功率器件中基板的作用是吸收芯片产生的热量，并传到热沉上，实现与外界的热交换，所以制备高热导率基板材料成为研发大功率模块电子产品的关键所在。
中国科学院理化技术研究所
大功率散热基板材料要求具有低成本、高电绝缘性、高稳定性、高导热性及与芯片匹配的热膨胀系数(CTE)、平整性和较高的强度等。为了满足这些要求，人们将目光投向了金属氧化物、陶瓷、聚合物、复合材料等。主要应用的散热基板材料有Al2O3、AlN、BeO、SiC、BN、Si等。
3种陶瓷基板材料性能对比
与其他陶瓷材料相比，Si3N4陶瓷材料具有明显优势，尤其是在高温条件下氮化硅陶瓷材料表现出的耐高温性能、对金属的化学惰性、超高的硬度和断裂韧性等力学性能。Si3N4陶瓷的抗弯强度、断裂韧性都可达到AlN的２倍以上，特别是在材料可靠性上，Si3N4陶瓷基板具有其他材料无法比拟的优势。目前，通过工艺优化，氮化硅陶瓷热导率不断提高，目前已突破177W/(m·K)。
对于制备抗弯强度大且热导率高的陶瓷基板来说，制备出高性能Si3N4粉体是获得高导热陶瓷基板的基础。不仅需要纯度高，而且还需要满足低氧、超细、高α相等指标。因为这些指标都会直接决定陶瓷基板中的缺陷(晶格氧、气孔)、杂质以及晶界尺寸，从而影响热导率和抗弯强度。
Si3N4粉体有很多制备方法，常见的有直接氮化法、碳热还原法、气相法和自蔓延法高温合成法。自蔓延高温合成(SHS)又称燃烧合成法，是近年来兴起的一种制备无机化合物高温材料的新技术。其原理是当反应物一旦被引燃，便会自动向尚未反应的区域传播，直至反应完全。80年代初期，美国、日本及欧洲各工业发达国家都进行了SHS技术的研究与开发；我国在80年代中后期开始引进SHS技术。该方法具有以下优点：
（1）合成产物纯度高；
（2）反应周期以秒计，生产效率极高；
（3）设备相对简单，投资少，通用性强；
（4）无污染等。
此外，自蔓延高温合成产物往往保持在亚稳状态，产物更加活泼，这对所合成陶瓷粉体的烧结性能是十分重要的。
需要注意的是，自蔓延高温合成氮化硅时，氮化硅存在α和β两种晶体相，β/α的值会对最终陶瓷基板的力学性能和热导率有极大影响，因此控制氮化铝粉体中的β/α值是一项关键技术。
中国粉体网将在山东济南举办第一届半导体行业用陶瓷材料技术研讨会，届时，来自齐鲁中科光物理与工程技术研究院研发负责人王良博士将带来题为《高热导基板用氮化硅陶瓷粉体的规模化燃烧合成技术及批量制备》的报告。报告人所在研究组自2002年成立以来，一直致力于燃烧合成高品质Si3N4陶瓷粉体材料的理论和工艺研究，先后取得了“燃烧合成装备大型化、燃烧反应过程调控智能化以及工艺产品稳定化”全方位的技术突破，实现了可控的α/β比以及高一致性粉体的批量生产。所制备的粉体经多方烧结验证，与进口粉体烧成的Si3N4陶瓷制品在热导率与抗弯强度方面基本相当，有望实现高端Si3N4陶瓷粉体的国产化替代。
据了解，报告所涉及的项目是济南市政府引进的中科院理化所的项目，共建的单位为齐鲁中科光物理与工程技术研究院。齐鲁中科光物理与工程技术研究院主要开展激光、低温及氢能源、新材料、生物医药等关键技术研发和科研成果转移转化、人才引进培养、高新技术企业孵化机引进等工作。
专家介绍：
王良，男，助理研究员，2021年于中国科学院理化技术研究所获博士学位，主要从事氮化硅陶瓷材料的制备研究，发表SCI论文6篇，撰写专利5项。
参考来源：
[1] 刘雄章等.高热导率氮化硅散热基板材料的研究进展
[2]郑彧等.高纯氮化硅粉合成研究进展
[3]张伟儒.第3代半导体碳化硅功率器件用高导热氮化硅陶瓷基板最新进展
（中国粉体网编辑整理/山川）
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