为什么氮化铝封装在接触潮湿环境后会失去散热能力
在功率和射频封装领域从事氮化铝基板相关工作十二年来，一个长期存在的问题是：器件在潮湿环境中存放或运行后，测得的热阻会逐渐升高。这种升高不能仅用焊料疲劳或散热器接触问题来解释。 氮化铝会与水分发生反应，即使陶瓷的体导电率仍保持较高水平，反应产物仍可能导致自由表面和界面处的热边界电阻升高。.
致密的AlN相对稳定，但残留的开放孔隙或未完全烧结的晶界会使水蒸气接触到反应表面。该反应会生成氢氧化铝和氨；氢氧化物层导热性差，还会影响后续金属化层的附着力。在粉末或低密度材料上，该反应进行得很快。 在完全致密的基板上，该效应较慢且呈局部化，但在相对湿度高于60%的环境中暴露数周后，仍可测得其影响。由于封装的热阻是体传热阻与界面热阻之和，因此即使只有几微米厚的反应层，在高热流密度条件下也会导致每瓦增加几十分之一度的温度。.
在一项受控暴露试验中，将测得体导电率为 185 W/m·K 的 0.5 mm AlN 衬底进行金属化处理，并组装成功率模块。 其中一半模块在 85 °C 和 85 % 相对湿度条件下存放了 500 小时；另一半则在相同温度下置于干燥氮气环境中。 暴露后，在 40 W 负载下，湿储模块的结-壳热阻上升了 0.18 °C/W，而干储模块的热阻则保持不变。横截面显示，湿储样品上存在一层厚度约为 2–4 µm 的不连续表层。 对配套的未金属化坯料进行的激光闪光测量证实，体导电率未发生改变，从而将电阻增加归因于表面反应产物。在相同的湿气暴露条件下，烧结密度更高（开放孔隙率低于0.2 %）的模块，其电阻增加量约为前者的二分之一。.
因此，切实可行的控制措施是致密化和表面保护。残余孔隙率必须足够低，以确保水分无法渗入晶粒内部；一层薄而连续的保护涂层或金属化层，若能完全覆盖自由表面，则可进一步限制反应。对于氮化铝的水解湿敏性，相关的工艺变量包括烧结密度、残余开放孔隙率以及后续涂层的完整性。 AlN基板在潮湿条件下的热循环可靠性，应通过测量加速湿度暴露前后封装的热阻来确认，而非仅依靠体导率。当在潮湿空气中储存或现场暴露后热阻上升时，其特征表现为界面电阻增加，而体导率保持不变。 如在85 °C / 85 % RH试验中，高密度基板电阻升幅较小所示，实现近乎全密度并保护裸露表面，可限制水分引起的劣化，并保持氮化铝的散热性能。.