氮化硅陶瓷基板与新能源汽车的邂逅

目前，对保护环境和节约能源的呼声高涨，使得国内的新能源电动汽车倍受关注。大功率封装器件在调控汽车速度和储存-转换交流和直流上发挥着决定性作用。而高频率的热循环对电子封装的散热提出了严格的要求，同时工作环境的复杂性和多元性需要封装材料具有较好的抗热震性和高强度来起到支撑作用。此外，随着以高电压、大电流和高频化为主要特征的现代电力电子技术的高速发展，应用于该技术的功率模块散热效率更成为了关键。电子封装系统中的陶瓷基板材料是高效散热的关键，同时为了应对工作环境的复杂化也应具有高强度和高可靠性。

近年来已经大规模生产、应用较为广泛的陶瓷基板主要有：Al₂O₃、BeO、SiC、Si₃N₄、AlN等。

不同种类陶瓷基板的性能（来源：廖圣俊.基片用氮化硅陶瓷材料的制备及性能研究）

Al₂O₃由于其制备工艺简单、绝缘性好，且耐高温，目前在散热基板行业中占有重要的地位。但是Al₂O₃的热导率较低，无法满足高功率大电压器件发展要求，只适用于对散热要求较低的工作环境，而且由于弯曲强度较低也限制了Al₂O₃陶瓷作为散热基板的应用范围。

BeO陶瓷基板虽然具有较高的热导率和较低的介电常数，满足高效散热的要求，但是由于其具有毒性，对工作人员的健康产生影响，不利于大规模应用。

AlN陶瓷具有较高的热导率，被认为是散热基板的候选材料。但AlN陶瓷抗热震性能差，易潮解，强度韧性较低，不利于在复杂的环境中工作，难以保证其应用的可靠性。

SiC陶瓷虽然具有很高的热导率，但是由于其具有较高的介电损耗和较低的击穿电压，不利于应用在高频高压的工作环境中。

氮化硅是国内外公认兼具高导热、高可靠性等综合性能最好的陶瓷基板材料。尽管Si₃N₄陶瓷基板具有略低于AlN的导热性，但其抗弯强度、断裂韧性都可达到AlN的2倍以上；同时，Si₃N₄陶瓷的热导率远大于Al₂O₃陶瓷；此外，Si₃N₄陶瓷基板的热膨胀系数与第3代半导体衬底SiC晶体接近，使其能够与SiC晶体材料匹配性更稳定。这使Si₃N₄成为第3代SiC半导体功率器件高导热基板材料的首选。