如何用好氮化鋁是關鍵

5G時代的到來，帶動了不少5G基站的建設，其中也衍生了不少熱管理的工作。當大家都稱道5G基站的小型化時，“更小的體積+更大的功率”所帶來的熱量效應，到底要怎么解決呢？

備注：AAU（有源天線單元）功耗的大幅度增加是5G功耗增加的主要原因。據(jù)統(tǒng)計，5G基站的單站功耗大約是4G單站的2.5~3.8倍，但由于5G設備的內部空間只有4G設備的30%，因此5G設備的熱量密度會是4G設備的近10倍。

這么大的熱量密度提升，傳統(tǒng)的導熱墊片顯然已經(jīng)無法滿足它的熱量傳遞，因此衍生了超高導熱率墊片。然而，超高導熱墊片是如何制作的呢？

導熱關鍵材料—填料

性能高的導熱墊片應該滿足一下幾個要求：高導熱系數(shù)、低模量硬度和工藝的實現(xiàn)度。雖然這三個要素很難同時達成，但在實際生產(chǎn)中，最起碼也要滿足第一條，不然還有什么臉叫“導熱墊片”呢？

在導熱墊片中，導熱性遠大于基質材料的導熱填料是其主要的導熱載體。填料在應用時很關鍵的一點是它的填充量——當填充量比較小時，每個填料顆粒彼此離散，不能形成有效的熱量通路，此時導熱率非常低；而當填充量達到一個臨界點時，填料之間開始有了相互接觸和作用，在體系中形成類似鏈狀和網(wǎng)絡的結構，稱為導熱網(wǎng)鏈。當這些導熱網(wǎng)鏈的取向與熱流方向平行時，就會在很大程度上提高體系的導熱性。

因此對于導熱復合材料而言，實現(xiàn)更高導熱系數(shù)的關鍵就是添加更多的導熱填料，保證能在導熱墊片的兩個界面之間能搭起一個傳導熱量的走廊。但是！導熱填料的添加量是有上限的，到達一定程度后，不管再加多少它的導熱率都不會有太大的變化，會繼續(xù)變化只有墊片的硬度。

所以為了得到更高導熱率的導熱墊片，就需要靠更高導熱率的填料。氮化鋁（AlN）就是在這種情況下脫穎而出的，不僅導熱率遠超氧化鋁等傳統(tǒng)填料，熱膨脹系數(shù)小，而且還是電絕緣體，介電性能良好，是5G通信領域不可多得的導熱干將。

AlN填料的應用難題

但是氮化鋁雖好，卻有一個致命缺陷——它是一種極易吸收水分和氧的材料，一接觸到水分和氧，就會水解氧化，失去其導熱散熱的性能特性。正是這個難題，制約了氮化鋁在導熱領域的發(fā)展。而且AlN超細粉末，在未經(jīng)過表面處理和改性的情況下，很難與高分子材料混合均勻，這樣就很難形成一個良好的導熱通道、互穿網(wǎng)絡。

氮化鋁的水解過程：AlN+3H2O=Al(OH)3↓+NH3↑

顯而易見，AlN想扛起導熱填料主力軍的大旗，首先要解決的就是它水解、氧化、難分散的問題。目前主流的方法是對粉體表面進行相應的物理吸附或化學處理，在AlN顆粒包覆或形成較薄反應層，阻止AlN粉末與水的水解反應。主要方法有包覆改性法、表面化學改性法、熱處理法等等。