什么是熱導(dǎo)率？

熱導(dǎo)率是描述物質(zhì)傳遞熱量能力的物理量。它表示單位時間內(nèi)，單位面積上的熱量傳遞量與溫度梯度之比。熱導(dǎo)率越大，物質(zhì)對熱量的傳遞能力越強。陶瓷基板的導(dǎo)熱率指的是陶瓷基板材料傳導(dǎo)熱量的能力，通常用熱導(dǎo)率（W/mK）來表示。更多關(guān)于陶瓷基板及封裝技術(shù)交流資訊，敬請關(guān)注由艾邦智造舉辦的《第五屆陶瓷基板及封裝產(chǎn)業(yè)論壇》。

熱導(dǎo)率材料詳細(xì)介紹

常見的8種材料的熱導(dǎo)率如下：

第八名：（ZrO2）：導(dǎo)熱率為2-3 W/mK

第七名：壓電陶瓷：2-15 W/mK

第六名：氧化鋁18-35 W/mK

第五名：藍寶石（Al2O3）25-40 W/mK

第四名：氮化硅（Si3N4）：20-80 W/mK

第三名：氮化鋁（AlN）：170-230 W/mK

第二名：碳化硅（SiC）：120-490W/mK

排名第一的是金剛石（C）：1000-2000 W/mK

在選擇材料的時候，不僅要考慮熱導(dǎo)率，還要考慮化學(xué)性能，機械強度和韌性，熱膨脹系數(shù)，加工成本，介電常數(shù)和介質(zhì)損耗等。

1. 金剛石（C）：導(dǎo)熱率為1000-2000 W/mK，是一種具有極高導(dǎo)熱性能和硬度的陶瓷材料，但也具有較高的價格和加工難度，常被用于高功率密度、高頻率電子器件的散熱。

▲金剛石基板（ 圖源：EDP）

2.碳化硅（SiC）：導(dǎo)熱率為120-490 W/mK，是一種具有極高導(dǎo)熱性能和機械強度的陶瓷材料，同時具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性，常被用于高功率密度、高頻率電子器件的散熱和封裝。定性，常被用于高溫電子器件的封裝和隔熱。

▲ 碳化硅散熱基板（圖源：優(yōu)穎康）

3. 氮化鋁（AlN）：導(dǎo)熱率為170-230 W/mK，是導(dǎo)熱性能最好的陶瓷基板材料之一，可以有效地散熱，用于高功率密度電子器件和高頻電子器件的散熱。

左圖：氮化鋁陶瓷基板；右圖：氮化硅基板（圖源：MARUWA）

4. 氮化硅（Si3N4）：導(dǎo)熱率為20-80 W/mK，具有優(yōu)異的機械強度和化學(xué)穩(wěn)定性，通常用于高溫、高壓電子器件的封裝和散熱。

5. 藍寶石（Al2O3）：導(dǎo)熱率為25-40 W/mK，具有高硬度、高透明度、高化學(xué)穩(wěn)定性和良好的絕緣性能，常被用于光學(xué)器件、激光器、LED照明和電力電子等領(lǐng)域。

▲ 藍寶石基板（圖源：龍顥光學(xué)科技）

6.氧化鋁（Al2O3）：導(dǎo)熱率為18-35 W/mK，具有較好的絕緣性能和機械強度，廣泛應(yīng)用于電力電子、LED照明、半導(dǎo)體封裝等領(lǐng)域。

▲ 氧化鋁陶瓷基片（圖源：三鼎晟科技官網(wǎng)）

7.壓電陶瓷：導(dǎo)熱率較低，通常為2-15 W/mK，但具有良好的壓電效應(yīng)和機械強度，在聲波、超聲波、振動傳感等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

?環(huán)形和圓形壓電陶瓷（圖源：京瓷中國官網(wǎng)）

8.氧化鋯（ZrO2）：導(dǎo)熱率為2-3 W/mK，具有較好的機械強度和化學(xué)穩(wěn)定性，在高溫環(huán)境下具有良好的性能穩(wěn)定性，常被用于高溫電子器件的封裝和隔熱。

▲ 氧化鋯陶瓷片基板（圖源：富邦官網(wǎng)）

藍寶石和金剛石具有極高的硬度和導(dǎo)熱性能，但價格較高，加工難度也較大。壓電陶瓷具有良好的壓電效應(yīng)和機械強度，但導(dǎo)熱性能相對較低。氮化鋁和氧化鋯具有良好的導(dǎo)熱性能和機械強度，適用于高功率密度、高頻率電子器件的散熱和封裝。

雖然陶瓷基板材料具有良好的導(dǎo)熱性能和化學(xué)穩(wěn)定性，但其機械強度和韌性較差，易受到外界沖擊和振動的影響而發(fā)生裂紋和損傷。因此，在實際應(yīng)用中，需要采取有效的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計和封裝方式，以及合適的保護措施，保證陶瓷基板材料的穩(wěn)定性和可靠性。更多關(guān)于陶瓷基板及封裝上下游交流資訊，點擊閱讀——艾邦智造即將在2025年6月12日蘇州舉辦的《第五屆陶瓷基板及封裝產(chǎn)業(yè)論壇》。

另外，不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ谔沾苫宓囊笠灿兴煌＠纾诟吖β拭芏入娮悠骷透哳l電子器件的散熱領(lǐng)域，氮化鋁是首選材料，因為其導(dǎo)熱率高、熱膨脹系數(shù)小，能有效地保持高功率密度電子器件的穩(wěn)定性；而在高溫、高壓電子器件的封裝和散熱領(lǐng)域，則常采用氮化硅和硼氮化鋁，因為它們具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度，在高溫、高壓環(huán)境下能夠保持良好的性能穩(wěn)定性。

需要注意的是，陶瓷基板材料的導(dǎo)熱率只是其熱管理性能中的一個因素，其它因素，如熱傳導(dǎo)路徑、散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計等，同樣重要。因此，選擇合適的陶瓷基板材料需要綜合考慮多方面因素，才能達到最佳的散熱效果和性能穩(wěn)定性。

此外，不同的陶瓷基板材料在加工上也存在差異，加工難度也會影響到其適用范圍和成本。例如，氮化鋁具有高硬度和高強度，加工難度較大，需要采用鉆石工具進行加工，成本較高；而氮化硅則比較易加工，成本相對較低。

同時，在選擇陶瓷基板材料時，還需要考慮其對電路設(shè)計的影響。不同的陶瓷基板材料具有不同的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗，這會影響到電路的傳輸特性和性能穩(wěn)定性。因此，需要根據(jù)具體的電路設(shè)計需求和指標(biāo)要求，選擇合適的陶瓷基板材料。

文章內(nèi)容來源：富力天晟

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