从基板到散热方案：康柏工业陶瓷双系列产品，赋能算力时代热管理

康柏工业成立于2008年，属国家高新、ISO9001及IATF16949认证企业，公司专注于新材料研发及精密陶瓷结构件的生产和销售。厂区面积20000余平方米，现有员工200余人，有独立研发、制造、品控、营销、培训等经验丰富的专业人才队伍，同时具有国家扶持的重点项目。

制造中心配备众多CNC精雕机、无心磨、平面磨、内外磨，线切割、车、铣、钻、磨、抛等高精度生产设备及三坐标、二次元、影像仪、气密性检测仪、圆度仪、高度仪等精密检测仪器。深耕先进、精密陶瓷十余载，凭借强大的研发实力、生产规模以及较高的管理水准，充分奠定了所在行业的领先地位！

主营产品：氧化锆/氧化铝/碳化硅/氮化硅等先进结构陶瓷产品应用领域：半导体、电子通信、航天航空、生物医疗、石油化工、新能源、智能穿戴等。

（一）核心材料类型与关键属性

（二）优势

1、卓越的热管理能力

• 高导热与电绝缘的统一：这是陶瓷材料最核心的优势。金属（如铜、铝）导热虽好但导电，必须附加绝缘层，这反而增加了热阻。而陶瓷本身就是优异的电绝缘体，热量可以直接通过陶瓷散发，消除了传统金属散热方案中绝缘层带来的“热障”。例如，在LED照明中，采用陶瓷基板直接焊接芯片，可比传统金属散热器降低表面温度4-7℃。

• 热膨胀系数匹配：半导体芯片（如硅）的热膨胀系数较低。如果散热材料的热膨胀系数与芯片差异过大，温度变化时会产生巨大热应力，导致芯片开裂或失效。氮化铝（AlN）的热膨胀系数（4.3×10⁻⁶/℃）与硅（3.5-4.0×10⁻⁶/℃）非常接近，能显著减小热应力，提高封装结构的长期可靠性。

防静电陶瓷

2、可靠的电气与机械性能

• 高绝缘性与耐压性：陶瓷材料具有极高的绝缘电阻和介电强度，氧化铝陶瓷片的绝缘强度可达15kV/mm，可以有效防止高压环境下的短路风险，保障设备与人员安全。

• 耐高温与化学稳定性：陶瓷能够耐受数百甚至上千摄氏度的高温（如氧化铝可达1200-1600℃），且在恶劣的化学环境中具有极强的抗腐蚀能力。这对于半导体制造设备或工作在严苛环境下的功率器件至关重要。

• 高机械强度与硬度：陶瓷材料硬度高、刚度大，能够为脆弱的半导体芯片提供坚固的机械支撑和保护。例如，碳化硅（SiC）的硬度可达2300 HV。

防静电陶瓷

3、设计与功能的集成性

• 多功能集成：陶瓷散热器不仅是一个散热部件，还可以同时作为电路载体。通过技术手段（如高温共烧陶瓷HTCC），可以在氮化铝等陶瓷基板上直接金属化（如覆铜、钨金属化），刻画出精密电路。这使得芯片可以直接安装在陶瓷散热器上，实现“散热片上的芯片”，从而简化系统设计、减少元件数量、降低总热阻和系统成本。

• 轻量化：陶瓷的密度通常比金属低约30%，有助于满足新能源汽车、便携式电子设备等领域对轻量化的需求。

  

（一）氧化铝(Al₂O₃) 基板：性价比之王

①属性描述：

• 成分：主要成分为 Al₂O₃，常见纯度为 96% 或 99% 以上。

• 颜色：白色。热导率：20–35 W/(m・K)（随纯度提高而增加，但增幅有限）。

• 热膨胀系数 (CTE)：约 6.5–7.2 ppm/℃（与硅片 4.1 ppm/℃ 有一定差距）。

• 绝缘强度：较高，体积电阻率高。

• 硬度：高硬度，耐磨。

②优势描述：

• 成本极低：原料来源丰富，烧结工艺最成熟，是所有陶瓷基板中价格最便宜的，适合大规模民用产品。

• 综合力学性能好：具有较高的抗弯强度，能够满足常规封装的结构支撑需求。

• 化学稳定性高：耐酸碱腐蚀，除强酸外不易发生反应。

• 工艺适配性强：无论是厚膜、DBC 还是薄膜工艺，氧化铝基板的加工技术都已非常成熟，良率高。

（二）氮化铝(AlN) 基板：高热导专家

①属性描述：

• 成分：AlN多晶烧结体。

• 颜色：浅灰白/乳白色。

• 热导率：极高，理论值高达 320 W/(m・K)，实际商用产品可达140–230W/(m・K)，是氧化铝的5–10倍。

• 热膨胀系数：极佳，约4.5ppm/℃，非常接近硅芯片（Si）和碳化硅芯片（SiC）。

• 介电常数：较低，高频特性好。

• 绝缘性：优良。

②优势描述：

• 超强散热能力：能够快速将高功率芯片（如 IGBT、激光器）产生的热量带走，有效降低芯片结温，保证器件性能和寿命。

• 芯片匹配度高：热膨胀系数与芯片材料高度匹配，在温度剧烈变化时，能显著减少因热应力导致的焊料层开裂或芯片碎裂风险。

• 高频应用：低介电常数使其适用于高频微波器件，信号传输损耗小。

• 应用场景：它是解决大功率器件散热瓶颈的首选材料，尤其在需要快速导热的场合（如大功率 LED、激光雷达）。

（三）氮化硅 (Si₃N₄) 基板：高可靠性标杆

①属性描述：

• 成分：Si₃N₄ 烧结体，通常添加烧结助剂。

• 颜色：灰黑色。

• 热导率：中等偏上，现代高热导率氮化硅可达 80–120 W/(m・K)，介于氧化铝和氮化铝之间。

• 热膨胀系数：约 3.0–4.0 ppm/℃（与硅、SiC 匹配良好）。

• 力学性能：极其优异。抗弯强度高（>800 MPa），断裂韧性（KIC）是所有陶瓷基板中最高。

• 硬度：极高，仅次于金刚石、立方氮化硼等超硬材料。

②优势描述：

• 极高的抗冲击性：这是氮化硅最核心的优势。它非常 “结实” 且 “抗摔”，不像其他陶瓷那样脆。在剧烈的热循环（如电动汽车频繁启停）或机械振动中，不易破裂。

• 抵抗裂纹扩展：高断裂韧性意味着即使基板内部存在微小缺陷，也不容易扩展导致整体失效，这是高可靠性封装的关键。

• 厚铜兼容性：特别是采用 AMB 工艺（活性金属钎焊）的氮化硅基板，可以承载更厚的铜层（可达 0.8mm 甚至更厚），大幅提高载流能力和散热均匀性。

• 应用场景：它是目前 SiC 功率器件（第三代半导体）和新能源汽车主驱动逆变器中可靠性要求最苛刻场景下的首选基板。

 

 

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二、

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三、

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