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關(guān)鍵詞：氮化硅陶瓷；超高壓納米均質(zhì)機(jī)；漿料分散；功率半導(dǎo)體；散熱基板

氮化硅（Si?N?）陶瓷是目前綜合性能至優(yōu)的結(jié)構(gòu)功能一體化熱管理材料，兼具高導(dǎo)熱、超高抗彎強(qiáng)度、高韌性、低熱膨脹、耐高溫、抗熱震等多重優(yōu)勢(shì)，適配新能源汽車主驅(qū)IGBT、光伏逆變器、航空航天高溫器件等高要求工況散熱場(chǎng)景，是高品質(zhì)功率半導(dǎo)體封裝的核心基板材料。器件長期處于高溫、高壓、冷熱交替沖擊的嚴(yán)苛工況，普通陶瓷基板易出現(xiàn)開裂、熱衰、變形等問題，而氮化硅陶瓷憑借優(yōu)異的力學(xué)與熱學(xué)性能，成為高可靠功率器件封裝的核心基材。

圖1 SiC 功率器件層疊散熱結(jié)構(gòu)示意圖

氮化硅陶瓷的性能核心取決于漿料分散質(zhì)量與燒結(jié)晶型轉(zhuǎn)化效果，但氮化硅粉體硬度高、表面性質(zhì)特殊，配成漿料后極易形成不可逆的高強(qiáng)度硬團(tuán)聚，傳統(tǒng)研磨設(shè)備的機(jī)械撞擊力無法破碎團(tuán)聚內(nèi)核，殘留的大顆粒團(tuán)聚體最終會(huì)在陶瓷基板內(nèi)部形成氣孔、裂紋等致命缺陷。此外，氮化硅燒結(jié)需要搭配稀土、鋁鎂系復(fù)合燒結(jié)助劑，助劑配比精細(xì)、添加量極低，傳統(tǒng)工藝難以實(shí)現(xiàn)均勻分散，會(huì)直接影響α-Si?N?向高導(dǎo)熱、高韌性β相柱狀晶的轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致基板強(qiáng)度不足、導(dǎo)熱性能波動(dòng)大。同時(shí)，傳統(tǒng)球磨、砂磨工藝處理高硬度氮化硅漿料時(shí)，設(shè)備磨損嚴(yán)重，易引入雜質(zhì)，制備的漿料批次差異大、穩(wěn)定性差，沉降分層明顯，破壞陶瓷高溫穩(wěn)定性與力學(xué)性能，且工藝重復(fù)性差，量產(chǎn)良率難以把控，嚴(yán)重制約高品質(zhì)氮化硅陶瓷的規(guī)模化量產(chǎn)。  

TRILOS超高壓納米均質(zhì)機(jī)可針對(duì)性解決氮化硅漿料制備難題，設(shè)備可實(shí)現(xiàn)4000bar超高壓穩(wěn)定運(yùn)行，3000bar區(qū)間可長期連續(xù)量產(chǎn)作業(yè)，搭載超高耐磨人造金剛石分散腔，可耐受高硬度氮化硅材料的長期沖刷，無磨損、無雜質(zhì)析出。超高壓產(chǎn)生的強(qiáng)流體作用力，可精準(zhǔn)破碎氮化硅的化學(xué)鍵硬團(tuán)聚，消除漿料中粗大顆粒，實(shí)現(xiàn)漿料納米級(jí)均勻分散。

TRILOS 超高壓納米均質(zhì)機(jī)的工作原理

該設(shè)備基于超高壓流體力學(xué)效應(yīng)設(shè)計(jì)，物料在精準(zhǔn)可控高壓驅(qū)動(dòng)下高速通過微結(jié)構(gòu)均質(zhì)腔，瞬時(shí)承受高強(qiáng)度剪切、湍流空化、顆粒對(duì)撞三重物理作用，可破除顆粒軟硬團(tuán)聚、細(xì)化顆粒尺寸，實(shí)現(xiàn)固液兩相均勻分散。設(shè)備壓力調(diào)控精度高、運(yùn)行穩(wěn)定性優(yōu)異，不堵不漏，適配低粘度氮化硅陶瓷漿料處理，可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室工藝參數(shù)到規(guī)模化生產(chǎn)的線性放大，滿足產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)需求。

圖2 均質(zhì)機(jī)原理圖

圖3 TRILOS超高壓納米均質(zhì)機(jī)

應(yīng)用案例

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