什么是热导率？
热导率是描述物质传递热量能力的物理量。它表示单位时间内，单位面积上的热量传递量与温度梯度之比。热导率越大，物质对热量的传递能力越强。陶瓷基板的导热率指的是陶瓷基板材料传导热量的能力，通常用热导率（W/mK）来表示。
热导率材料详细介绍
常见的8种材料的热导率如下：
第八名：（ZrO2）：导热率为2-3 W/mK
第七名：压电陶瓷：2-15 W/mK
第六名：氧化铝18-35 W/mK
第五名：蓝宝石（Al2O3）25-40 W/mK
第四名：氮化硅（Si3N4）：20-80 W/mK
第三名：氮化铝（AlN）：170-230 W/mK
第二名：碳化硅（SiC）：120-490W/mK
排名第一的是金刚石（C）：1000-2000 W/mK
在选择材料的时候，不仅要考虑热导率，还要考虑化学性能，机械强度和韧性，热膨胀系数，加工成本，介电常数和介质损耗等。
1. 金刚石（C）
-
热导率： 1000 - 2200 W/mK
-
特点：
-
自然界中已知热导率最高的物质，是终极的散热材料。
-
同时具有极高的硬度和极佳的绝缘性。
-
缺点是价格极其昂贵，尺寸小，难以金属化和加工。
-
-
主要应用： 微波功率器件、激光器热沉、CPU/GPU高效散热等极端散热需求的领域。
2.碳化硅（SiC）
-
热导率： 120 - 270 W/mK (烧结体，与纯度和烧结助剂有关)
-
特点：
-
热导率高，同时机械强度非常高，硬度大，耐磨。
-
热膨胀系数小，热稳定性极佳。
-
常作为金属化陶瓷电路板（如DPC、DBC）的基体材料，而不是直接作为线路承载基板。
-
-
主要应用： 主要用作DBC/AMB工艺的基板；也用于高温、耐磨结构件。
3. 氮化铝（AlN）
-
热导率： 140 - 240 W/mK
-
特点：
-
目前综合性能最好的高导热陶瓷基板之一，热导率仅次于金刚石和BeO。
-
绝缘性能好，热膨胀系数与硅(Si)接近，匹配性好。
-
无毒，是氧化铍的优秀替代品。
-
缺点是成本较高，制备工艺复杂。
-
-
主要应用： 大功率LED、激光二极管(LD)、IGBT模块、高功率微波器件。
4. 氮化硅（Si3N4）
-
热导率： 70 - 120 W/mK
-
特点：
-
综合性能最优越：具有出色的高导热、高强度和高韧性的结合。
-
抗热震性能极佳，热膨胀系数与硅也很匹配。
-
机械可靠性是其主要优势，但成本高于AlN和Al₂O₃。
-
-
主要应用： 电动汽车用IGBT模块（AMB-Si₃N₄是首选）、大功率半导体器件基板。
5. 蓝宝石 (单晶α-Al₂O₃)
-
热导率： 约 35 - 46 W/mK (各向异性)
-
特点：
-
单晶结构，无晶界，因此绝缘性、透光性极好。
-
化学性质非常稳定，机械强度高。
-
缺点是成本高昂，加工困难，尺寸受限。
-
-
主要应用： 大功率LED（尤其是垂直结构芯片）、GaN-on-Sapphire外延片、光学窗口、超高频电路。
6.氧化铝（Al2O3）
-
热导率： 18 - 35 W/mK (与纯度有关，常见96%氧化铝约为24 W/mK)
-
特点：
-
最常用、最经济的陶瓷基板材料。
-
技术成熟，成本低，机械强度、绝缘性和化学稳定性良好。
-
缺点是热导率相对较低，不适合超高功率密度场景。
-
-
主要应用： 各种电子元器件（如厚膜/薄膜电路）、LED（中低功率）、汽车电子、消费电子等。
7.压电陶瓷
-
热导率： 导热率较低，通常为2-15 W/mK
-
特点：
- 但具有良好的压电效应和机械强度
-
主要应用：在声波、超声波、振动传感等领域有广泛应用。
8.氧化锆（ZrO2，尤其是钇稳定氧化锆 YSZ）
-
热导率： 2 - 3 W/mK
-
特点：
-
热导率非常低，但其优势在于极低的热导率和优异的隔热性能。
-
具有非常高的断裂韧性和强度（相变增韧效应）。
-
-
主要应用： 主要用作热障涂层 或需要隔热的部件；在需要低热导率的传感器基板中也有应用。
蓝宝石和金刚石具有极高的硬度和导热性能，但价格较高，加工难度也较大。压电陶瓷具有良好的压电效应和机械强度，但导热性能相对较低。氮化铝和氧化锆具有良好的导热性能和机械强度，适用于高功率密度、高频率电子器件的散热和封装。
虽然陶瓷基板材料具有良好的导热性能和化学稳定性，但其机械强度和韧性较差，易受到外界冲击和振动的影响而发生裂纹和损伤。因此，在实际应用中，需要采取有效的散热结构设计和封装方式，以及合适的保护措施，保证陶瓷基板材料的稳定性和可靠性。
另外，不同的应用领域对于陶瓷基板的要求也有所不同。例如，在高功率密度电子器件和高频电子器件的散热领域，氮化铝是首选材料，因为其导热率高、热膨胀系数小，能有效地保持高功率密度电子器件的稳定性；而在高温、高压电子器件的封装和散热领域，则常采用氮化硅和硼氮化铝，因为它们具有较好的化学稳定性和机械强度，在高温、高压环境下能够保持良好的性能稳定性。
需要注意的是，陶瓷基板材料的导热率只是其热管理性能中的一个因素，其它因素，如热传导路径、散热结构设计等，同样重要。因此，选择合适的陶瓷基板材料需要综合考虑多方面因素，才能达到最佳的散热效果和性能稳定性。
此外，不同的陶瓷基板材料在加工上也存在差异，加工难度也会影响到其适用范围和成本。例如，氮化铝具有高硬度和高强度，加工难度较大，需要采用钻石工具进行加工，成本较高；而氮化硅则比较易加工，成本相对较低。
同时，在选择陶瓷基板材料时，还需要考虑其对电路设计的影响。不同的陶瓷基板材料具有不同的介电常数和介质损耗，这会影响到电路的传输特性和性能稳定性。因此，需要根据具体的电路设计需求和指标要求，选择合适的陶瓷基板材料。
