En aplicaciones prácticas, además de una alta conductividad térmica y altas propiedades de aislamiento eléctrico, los sustratos de nitruro de aluminio también deben tener una alta resistencia a la flexión en muchos campos. En la actualidad, la resistencia a la flexión de tres puntos del nitruro de aluminio en circulación en el mercado suele ser de 400 ~ 500 MPa, lo que limita seriamente la promoción y aplicación de sustratos cerámicos de nitruro de aluminio, especialmente en el campo de los dispositivos de potencia IGBT con requisitos de alta confiabilidad. Debido al complejo proceso de producción y al alto costo de producción de los materiales de AlN, la mayoría de los materiales de AlN nacionales aún no pueden cumplir con los requisitos de aplicación de alta conductividad térmica y alta resistencia.
En la preparación de sustrato cerámico de nitruro de aluminio, la selección de métodos de sinterización y aditivos de sinterización suele ser el doble de resultado con la mitad de esfuerzo, y la introducción de aditivos de sinterización es un método común para sinterizar cerámicas de nitruro de aluminio en la actualidad. Por un lado, la formación de la fase eutéctica a baja temperatura y la realización de la sinterización en fase líquida promueven el cuerpo compacto; Por otro lado, se eliminan las impurezas de oxígeno del nitruro de aluminio, se mejora la red y se aumenta la conductividad térmica. En la actualidad, los aditivos de sinterización utilizados en la sinterización de cerámicas AlN incluyen principalmente Y2O3, CaO, Yb2O3, Sm2O3, Li2O3, B2O3, CaF2, YF3, CaC2, etc., o sus mezclas.
En el sistema de fórmula cerámica de nitruro de aluminio sinterizado, cuando Y2O3 es superior al 3,5% en peso, el contenido de Y-Al-O aumenta significativamente y se agrega en el proceso de sinterización. Debido a la baja conductividad térmica del Y3Al5O12 (aproximadamente 9 W/ (m·K)), la conductividad térmica de los productos cerámicos de nitruro de aluminio después de la sinterización se ve seriamente afectada. Cuando el contenido de CaF2 y Li2O es superior al 1,33% en peso, debido a la volatilización del fluoruro y los compuestos que contienen Li, la porosidad del cuerpo cerámico de nitruro de aluminio sinterizado aumenta durante el proceso de sinterización y se reduce la densidad de la cerámica. , lo que resulta en una fuerte disminución en la resistencia a la flexión de los productos cerámicos de nitruro de aluminio después de la sinterización. Cuando cada aditivo es menor que el valor mínimo, el efecto de mejorar las propiedades mecánicas no se puede lograr o el efecto es muy pequeño.
En resumen, el sustrato cerámico de nitruro de aluminio en aplicaciones prácticas enfrenta los requisitos integrales de alta conductividad térmica, altas propiedades de aislamiento eléctrico y alta resistencia a la flexión, pero la resistencia a la flexión de los productos en circulación en el mercado es generalmente baja, lo que limita su amplia aplicación en el campo de alta confiabilidad como dispositivos de potencia IGBT. Al mismo tiempo, el material doméstico AlN es difícil de satisfacer las necesidades de aplicación de alta conductividad térmica y alta resistencia debido al complejo proceso de producción y al alto costo de producción. Por lo tanto, en la preparación del sustrato cerámico de nitruro de aluminio, es muy importante seleccionar el método de sinterización y los aditivos de sinterización adecuados, no sólo para formar una fase eutéctica de baja temperatura para promover el cuerpo compacto, sino también para eliminar las impurezas de oxígeno para mejorar la calidad térmica. conductividad. Sin embargo, la selección y dosificación de los aditivos de sinterización deben controlarse estrictamente para evitar efectos negativos sobre la conductividad térmica y la resistencia a la flexión. En el futuro, para mejorar el rendimiento de los sustratos cerámicos de nitruro de aluminio, todavía es necesario optimizar aún más el proceso de sinterización y el sistema de formulación para satisfacer las necesidades de niveles más altos de aplicación.
