从170到240 W/(m·K)，博睿光电高热导率氮化铝基板实现量产突破

过去十年，封装工程师优化的是尺寸、成本和良率。现在越来越多的设计，是从“这些热量怎么出去”开始倒推的。

• 高速光通讯：速率从 400G 走向 800G / 1.6T，单模块功耗几乎同步抬升。激光器波长随温度漂移（DFB 典型约 0.1 nm/℃），温度每上一个台阶，链路预算就被吃掉一截。

• 功率半导体：SiC 把开关频率和功率密度一起推高，结温成为寿命的指数项——按 Arrhenius 经验，结温每升高 10 ℃，器件寿命大致减半。

• 商业航天与射频：真空环境没有空气对流，热量只能沿传导路径离开，基板几乎是唯一出口。

三条路径最终交汇在同一个环节：芯片 → 基板 → 散热器。而基板是其中唯一既要电绝缘、又要导热的构件，它的热导率，直接决定了后面所有散热设计的起点。

常见陶瓷基板里，氧化铝（Al2O3）成熟、便宜，但热导率只有 20~24 W/(m·K)，热膨胀系数约 7.4 ppm/K，与硅（2.6）和碳化硅（4.0）都差得远——在大功率、高率时，界面应力和温升会导致器件失效概率大幅增加。

氮化铝（AlN）几乎是唯一能同时成立三件事的陶瓷：热导率高、热膨胀系数 4.5 ppm/K 贴近 SiC 与 Si、体积电阻率高而介电损耗低。这也是为什么在高功率、高频率封装里，AlN 一直是“贵，但绕不开”的那块材料。

但 319 W/(m·K) 只是理论值。但实际热导率的提升面临三大技术挑战：晶格氧（氧占据氮位形成铝空位，强烈散射声子）、晶界第二相（烧结助剂残留）、残余气孔。

博睿光电在Hot Disk TPS 2500S对比测试了日本同类250W/mK级产品（具体测试条件：温度 23±1 ℃、加热功率 1 W、测试时间 1 s），测试设备如图1所示。

图1 Hot Disk TPS 2500S 导热分析仪

图2 测试软件原始输出：热导率 240.7 W/(m·K)，热扩散率 93.79 mm²/s

表1 对比测试数据

对比测试结果显示博睿光电的AN240基板与日本竞品抗弯强度相当，而热导率高出近10W/mK，表明其产品已经全面达到国外竞品的技术水平，突破了国外技术垄断，且正在实现超越。

图3 常见基板材料热导率对比

基板内部组织微观结构直接影响基板热导率。气孔是热流路径上的断路，晶界第二相是声子的散射源；晶粒越完整、晶界越干净，热的传输就越顺利。

图4 高导热氮化铝基板断面显微结构（2000×，BSE）：晶粒发育完整、尺寸分布集中，晶界洁净，气孔以孤立闭孔为主。其中 (b) 为同一视场经图像处理按晶粒着色，仅用于观察晶粒尺寸分布，不代表晶向。

基板的微观组织特征很好的印证了 240.7 W/(m·K) 的实测值。声子在晶粒内部得以顺畅传递，而不会被晶界的第二相或缺陷散射，从而保证了热量在基板内的顺利传输。

• 产品与规格

博睿光电目前提供热导率200/220/240 W/(m·K)等不同等级的产品，用户可结合封装的热流密度与成本目标进行选型。

江苏博睿光电股份有限公司成立于2009年，主营稀土发光材料、高导热陶瓷基板、高导热界面连接材料，是行业领先的第三代半导体封装材料及应用解决方案提供商，为国内率先贯通粉体-片材（基板）-金属化全制程、集原创技术-核心专利-核心产品研发制造能力为一体的第三代半导体封装材料龙头企业。博睿光电研发团队两次入选江苏省双创团队，拥有国家高层次人才、国家先进制造业人才、科技部创新创业人才、江苏省创新创业人才、江苏省“333工程”专家、江苏省六大人才高峰等高级人才专家。

公司为国家专精特新重点“小巨人”企业、江苏省科技领军企业、国家高新技术企业、江苏省最具成长性高科技企业、江苏省企业知识产权管理标准化示范先进单位，是中国稀土行业协会、国家半导体照明工程研发及产业联盟成员单位；建有国家博士后科研工作站、江苏省企业技术中心等科研平台；先后承担国家中小企业发展专项、科技部中小企业创新基金、江苏省科技成果转化、江苏省制造强省建设专项等国家及省部级项目20余项，累计授权有效发明专利150余件（国际专利44件），获江苏省科技进步二等奖2项、有色金属工业科学技术奖二等奖1项、全国稀土标准化技术委员会技术标准优秀奖二等奖1项；主编/参编国家、行业标准16项。