氮化铝既能像金属一样导热，又能阻断电流

氧化铝之所以成为默认的陶瓷基板，是有原因的。它价格低廉、强度高，且易于进行金属化处理。但它的导热性能较差。一块 96% Al₂O₃ 基板的导热系数约为 20–30 W/m·K。 如果工艺得当，氮化铝的热导率可达170–200 W/m·K，有时甚至略高于200。理论上，完美的单晶氮化铝热导率接近320。但实际上，市面上并没有这种产品。我们提供的是烧结绝缘体，它能在不导电的情况下将功率模块中的芯片热量导出。.

这种组合正是关键所在。金属能传导热量和电流，而大多数陶瓷则会阻断电流并锁住热量。氮化铝既能传热又能绝缘，其热膨胀系数（CTE）约为4.5 ppm/°C——与硅相当。而氧化铝的热膨胀系数则在6.5–7.5之间。 在高功率IGBT或碳化硅（SiC）器件上，这种热膨胀系数的不匹配会表现为焊料疲劳和铜箔剥离。氧化铍（BeO）的导热性甚至更好，但只要有可能，我们仍会尽量避免使用它。毒性绝非数据表中可忽略不计的脚注。.

氧是破坏导热性能的关键杂质。晶格氧会产生铝空位。声子发生散射。含氧量为几个百分点的粉末经烧结后，其外观类似于AlN，但测得的导热系数接近100 W/m·K。 只有将低氧粉体与能将氧气引入晶界相的烧结助剂（通常是氧化钇）结合使用，才能获得导热系数超过170的等级。密度必须很高。残留孔隙是另一个散射点。因此，产品规格表（PO）上标注的“AlN衬底”并不代表具体等级。 请询问热导率，而不仅仅是化学成分。.

粉末处理往往让车间工作人员大吃一惊。细粒AlN会发生水解。若将其置于潮湿空气中，表面会形成氢氧化物薄膜，从而导致氧气含量上升——而这正是你刚刚花钱去除的氧气。因此需要干式储存、缩短敞口时间，有时还需进行表面处理。这并非吹毛求疵，而是确保k值在进入窑炉前得以保持的关键。.

我们在热堆栈真正需要的地方使用氮化铝：DBC和DPC电源板、射频封装、激光器和LED基板，以及某些半导体工艺部件。如果芯片功耗仅为几瓦，且散热器是瓶颈，那么氧化铝在价格上仍更具优势。 如果需要通过薄陶瓷层将数十瓦的热量传导至铜基板，那么使用氧化铝基板时，基板温降就不再是免费的了。陶瓷的成本更高。而能够避免降频或分层的模块，才是真正的回报。.

机械加工和金属化都需要同样的严谨态度。氮化铝（AlN）不像96%氧化铝那样容易处理。边缘容易崩角。铜键合必须与热膨胀系数相匹配。一块导热系数达180 W/m·K但界面处理不良的圆盘，只不过是块昂贵的绝缘体罢了。 请将热导率（k）、厚度、表面处理及金属系统一并明确指定。氮化铝是一种恰好属于陶瓷类的热传导路径。若以这种方式对待它，它便物有所值；若将其视为仅拥有更精美宣传册的白色氧化铝，它便不值这个价。.