近年來，半導(dǎo)體激光器發(fā)展迅速，半導(dǎo)體激光器的輸出功率越來越高，高功率半導(dǎo)體激光器的出光功率從 20W/bar 已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)在的 200W/bar 及以上。LD 電光效率典型值約為 50%，其出光功率越高，轉(zhuǎn)化的廢熱就越多。通常 LD 的尺寸很小，工作時熱流密度極高，由于過渡熱沉與芯片緊密貼裝，需具有高導(dǎo)熱系數(shù)及匹配的熱膨脹系數(shù)的陶瓷材料。熱導(dǎo)率200-230W/m?K甚至更高熱導(dǎo)率氮化鋁基板成為大功率激光器的熱管理最佳方案。目前國內(nèi)激光熱沉基板90%以上的采購量來自日本和美國。

理論上氮化鋁熱導(dǎo)率可達320W/m?K，氮化鋁屬于共價化合物，其熱傳導(dǎo)是依靠晶格振動來實現(xiàn)。晶格振動的能量是量子化的，熱傳導(dǎo)可以看作連續(xù)性的非諧振彈性波通過聲子或熱能與聲子相互作用的量子來傳播。

氧與氮化鋁有較強的親合力，它會固溶到氮化鋁的點陣中，形成鋁空位。晶格呈現(xiàn)出非諧性，使聲子的平均自由度減小而大幅降低熱導(dǎo)率。除氮化鋁晶格缺陷對熱導(dǎo)率的影響外，晶粒尺寸、形貌和晶界第二相的含量及分布對氮化鋁陶瓷熱導(dǎo)率也有著重要影響。晶粒尺寸越大，聲子平均自由度越大，燒結(jié)出的氮化鋁陶瓷熱導(dǎo)率就越高，但根據(jù)燒結(jié)理論，晶粒越大，越難燒結(jié)。因此氮化鋁的熱導(dǎo)率遠達不到理論值。

想要提高氮化鋁的熱導(dǎo)率，需要解決兩個關(guān)鍵難題：一是降低氧雜質(zhì)原子的存在；二是燒結(jié)的致密性。艾森達團隊經(jīng)過多年的技術(shù)研究，突破了技術(shù)瓶頸，具備了完整的氮化鋁粉體氧含量的控制技術(shù)、氮化鋁基板生產(chǎn)過程氧含量的控制技術(shù)，以及230W/m?K高導(dǎo)熱致密化燒結(jié)技術(shù)，可批量穩(wěn)定生產(chǎn)230W/m?K氮化鋁基板。與傳統(tǒng)高熱導(dǎo)基板相比，艾森達基板可兼具高導(dǎo)熱和高強度，230W/m?K基板抗彎強度大于350MPa，使用過程中不易破片。

表1：氮化鋁基板實測數(shù)據(jù)

熱導(dǎo)率測試圖：

產(chǎn)品照片：

隨著激光熱沉對于更高熱導(dǎo)率陶瓷基板的需求，艾森達團隊將繼續(xù)挑戰(zhàn)250W/m?K高熱導(dǎo)的氮化鋁基板，同時并行開展高熱導(dǎo)率氮化硅基板的研究，計劃2024年二季度末，發(fā)布熱導(dǎo)率穩(wěn)定大于90W/m?K的高熱導(dǎo)氮化硅基板和熱導(dǎo)率大于240W/m?K的高熱導(dǎo)氮化鋁基板，敬請期待。

來源：株洲艾森達新材料科技有限公司公眾號

原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦陶瓷展）：艾森達發(fā)布230W/m?K高熱導(dǎo)率氮化鋁基板新品