Nelle applicazioni pratiche, oltre all'elevata conduttività termica e alle elevate proprietà di isolamento elettrico, i substrati in nitruro di alluminio devono avere anche un'elevata resistenza alla flessione in molti campi. Attualmente, la resistenza alla flessione su tre punti del nitruro di alluminio in circolazione sul mercato è solitamente di 400~500 MPa, il che limita seriamente la promozione e l'applicazione di substrati ceramici di nitruro di alluminio, in particolare nel campo dei dispositivi di potenza IGBT con requisiti di elevata affidabilità. A causa del complesso processo di produzione e degli elevati costi di produzione dei materiali AlN, la maggior parte dei materiali AlN domestici non è ancora in grado di soddisfare i requisiti applicativi di elevata conduttività termica ed elevata resistenza.
Nella preparazione del substrato ceramico di nitruro di alluminio, la scelta dei metodi di sinterizzazione e degli additivi per sinterizzazione è spesso il doppio del risultato con la metà dello sforzo, e l'introduzione di additivi per sinterizzazione è attualmente un metodo comune per la sinterizzazione delle ceramiche di nitruro di alluminio. Da un lato, la formazione della fase eutettica a bassa temperatura, la realizzazione della sinterizzazione in fase liquida, promuovono il corpo compatto; D'altro canto, l'impurità dell'ossigeno nel nitruro di alluminio viene rimossa, il reticolo viene migliorato e la conduttività termica aumenta. Attualmente, gli additivi per sinterizzazione utilizzati nella sinterizzazione delle ceramiche AlN includono principalmente Y2O3, CaO, Yb2O3, Sm2O3, Li2O3, B2O3, CaF2, YF3, CaC2, ecc., o loro miscele.
Nel sistema con formula ceramica di nitruro di alluminio sinterizzato, quando Y2O3 è superiore al 3,5% in peso, il contenuto di Y-Al-O aumenta in modo significativo e si aggrega nel processo di sinterizzazione. A causa della bassa conduttività termica di Y3Al5O12 (circa 9 W/ (m·K)), la conduttività termica dei prodotti ceramici in nitruro di alluminio dopo la sinterizzazione è gravemente compromessa. Quando il contenuto di CaF2 e Li2O è superiore all'1,33% in peso, a causa della volatilizzazione dei composti contenenti fluoruro e litio, la porosità del corpo ceramico in nitruro di alluminio sinterizzato aumenta durante il processo di sinterizzazione e la densità della ceramica viene ridotta , con conseguente forte calo della resistenza alla flessione dei prodotti ceramici in nitruro di alluminio dopo la sinterizzazione. Quando ciascun additivo è inferiore al valore minimo, l'effetto di miglioramento delle proprietà meccaniche non può essere riprodotto o l'effetto è molto piccolo.
In sintesi, il substrato ceramico in nitruro di alluminio nelle applicazioni pratiche deve affrontare i requisiti completi di elevata conduttività termica, elevate proprietà di isolamento elettrico ed elevata resistenza alla flessione, ma la resistenza alla flessione dei prodotti in circolazione sul mercato è generalmente bassa, limitando la sua ampia applicazione nel settore campo ad alta affidabilità come i dispositivi di potenza IGBT. Allo stesso tempo, il materiale AlN domestico è difficile da soddisfare le esigenze applicative di elevata conduttività termica ed elevata resistenza a causa del complesso processo di produzione e degli elevati costi di produzione. Pertanto, nella preparazione del substrato ceramico di nitruro di alluminio, è molto importante selezionare il metodo di sinterizzazione e gli additivi di sinterizzazione appropriati, non solo per formare una fase eutettica a bassa temperatura per promuovere il corpo compatto, ma anche per rimuovere le impurità di ossigeno per migliorare la temperatura conduttività. Tuttavia, la selezione e il dosaggio degli additivi per la sinterizzazione devono essere rigorosamente controllati per evitare effetti negativi sulla conduttività termica e sulla resistenza alla flessione. In futuro, al fine di migliorare le prestazioni dei substrati ceramici in nitruro di alluminio, sarà ancora necessario ottimizzare ulteriormente il processo di sinterizzazione e il sistema di formulazione per soddisfare le esigenze di livelli di applicazione più elevati.
