近年來，半導體激光器發(fā)展迅速，半導體激光器的輸出功率越來越高，高功率半導體激光器的出光功率從 20W/bar 已經發(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，需具有高導熱系數及匹配的熱膨脹系數的陶瓷材料。熱導率200-230W/m?K甚至更高熱導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。

理論上氮化鋁熱導率可達320W/m?K，氮化鋁屬于共價化合物，其熱傳導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率。除氮化鋁晶格缺陷對熱導率的影響外，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，燒結出的氮化鋁陶瓷熱導率就越高，但根據燒結理論，晶粒越大，越難燒結。因此氮化鋁的熱導率遠達不到理論值。想要提高氮化鋁的熱導率，需要解決兩個關鍵難題：一是降低氧雜質原子的存在；二是燒結的致密性。艾森達團隊經過多年的技術研究，突破了技術瓶頸，具備了完整的氮化鋁粉體氧含量的控制技術、氮化鋁基板生產過程氧含量的控制技術，以及230W/m?K高導熱致密化燒結技術，可批量穩(wěn)定生產230W/m?K氮化鋁基板。與傳統(tǒng)高熱導基板相比，艾森達基板可兼具高導熱和高強度，230W/m?K基板抗彎強度大于350MPa，使用過程中不易破片。

表1：氮化鋁基板實測數據

熱導率測試圖：

產品照片：

隨著激光熱沉對于更高熱導率陶瓷基板的需求，艾森達團隊將繼續(xù)挑戰(zhàn)250W/m?K高熱導的氮化鋁基板，同時并行開展高熱導率氮化硅基板的研究，計劃2024年二季度末，發(fā)布熱導率穩(wěn)定大于90W/m?K的高熱導氮化硅基板和熱導率大于240W/m?K的高熱導氮化鋁基板，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（艾邦半導體網）：2024年艾森達春季新品發(fā)布——230W/m?K高熱導率氮化鋁基板