日本企业成功开发出颠覆性陶瓷导热材料！

 

据日经XTECH消息，来自名古屋大学的初创企业U-MAP开发了一种打破常识的新型散热材料——纤维状氮化铝基板及垫片，基板用于功率半导体和激光器等的封装，垫片用于CPU等的散热。

基于现阶段电子芯片的综合性能越来越高、整体尺寸越来越小的发展情况，电子芯片工作过程中所呈现出的热流密度同样大幅提升。对于电子器件而言，通常温度每升高10℃，器件有效寿命就降低30%~50%。因此，提高器件散热能力至关重要。

然而，提高器件散热能力离不开高导热的封装材料。陶瓷材料本身具有热导率高、耐热性好、高绝缘、高强度、与芯片材料热匹配等性能，非常适合作为电子器件散热材料。目前常用电子封装散热材料主要有氧化铝、碳化硅、氮化铝、氮化硅、氧化铍等。

但氧化铝、碳化硅、氧化铍等材料作为导热材料性能一般，潜力不大。目前最受瞩目的散热材料当属氮化铝和氮化硅。氮化硅陶瓷性能较为全面，在现有可作为基板材料使用的陶瓷材料中，其抗弯强度高(大于800MPa)，耐磨性好，被称为综合机械性能最好的陶瓷材料。氮化铝陶瓷理论热导率可达320W/（m·K），其商用产品热导率一般为180W/（m·K）~260W/（m·K），但是其机械强度相比氮化硅陶瓷略逊一筹。

对此，日本初创企业U-MAP将纤维状的AlN单晶体“Thermalnite”填充制成基板，在保持高导热率的情况下提高了机械强度。通过这种方法，使其“断裂韧性”达到5.5MPa·m 1/2，是普通AlN基板的约两倍，与Si3N4接近，导热率达到200W/m·K以上。

此外，将该纤维状氮化铝材料添加到普通的TIM（热界面材料） 垫片中可使其机械强度增加到接近原来2倍，因此可对垫片实现减薄，普通TIM垫片的厚度为0.5mm左右，而开发品的厚度只有0.2mm，这可在原有高导热特性基础上实现进一步的提高导热性。

据悉，U-MAP将于2024年量产AlN基板，生产将由合作伙伴冈本硝子进行。TIM垫片的产品化也正不断推进，计划2023年内供货样品。据说最快2024年下半年实现量产。

审核编辑：刘清