高導(dǎo)熱陶瓷基片徑向熱導(dǎo)率試驗(yàn)方法 激光閃射法 編制說(shuō)明

1（一）任務(wù)來(lái)源根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委《國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)關(guān)于下達(dá)2023年第三批推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外文版計(jì)劃的通知》（國(guó)標(biāo)委發(fā)[2022]39號(hào)）的要求，由浙江多面體新材料有限公司負(fù)責(zé)《高導(dǎo)熱陶(SAC/TC194)歸口。(二)制定背景高導(dǎo)熱陶瓷基片屬于新材料和半導(dǎo)體材料領(lǐng)域。其主要特點(diǎn)如下：（1）應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，市場(chǎng)規(guī)模巨大。氮化硅、氮化鋁等陶瓷基片是大功率電力電子器件和第三代半導(dǎo)體的核心基板材料，在電動(dòng)汽車(chē)、軌道交通、智能電網(wǎng)、風(fēng)力發(fā)電、航空航天、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、新能源裝備、集成電路、不間斷電源（UPS）等國(guó)民經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用前景。其中電動(dòng)汽車(chē)是氮化硅陶瓷基片應(yīng)用的首次超越德國(guó)成為世界第二大汽車(chē)出口國(guó)。以比亞迪為代表的新能源汽車(chē)，在全球范圍內(nèi)搶奪市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)的新能源汽車(chē)出口量達(dá)67.9萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)120%，賣(mài)到了70多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，并在全球范圍內(nèi)建立了大大小小幾十個(gè)汽車(chē)工業(yè)園，為以后產(chǎn)量和銷(xiāo)量的爆發(fā)不斷蓄力。2此外，高導(dǎo)熱氮化硅、氮化鋁等陶瓷基片也是大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的封裝材料，在電子封裝領(lǐng)域也有數(shù)百億規(guī)模的市場(chǎng)需求。我國(guó)已成為全球最大的大功率電力電子器件需求市場(chǎng)，2020年市場(chǎng)規(guī)模高達(dá)5000億元。隨著大功率電力電子的發(fā)展，氮化硅陶瓷基片的市場(chǎng)也在逐步擴(kuò)大。（2）氮化硅、氮化鋁等基板的優(yōu)勢(shì)和不可替代性。與其他陶瓷相比，氮化硅陶瓷具有高強(qiáng)高韌、超高抗熱沖擊性能等突出優(yōu)勢(shì)。而且，氮化硅（Si3N4）陶瓷導(dǎo)熱性能優(yōu)異，β-Si3N4的理論本征熱導(dǎo)是陶瓷基片中導(dǎo)熱性能最好的材料。此外，氮化硅和氮化鋁陶瓷熱膨脹系數(shù)與Si、SiC和GaAs等接近，性能匹配良好。氮化硅和氮化鋁陶瓷介電常數(shù)低，介電損耗小，信號(hào)延遲、失真和串?dāng)_干擾更小，信化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸堿和高溫。氮化硅陶瓷在較高的溫度下展現(xiàn)出更好的耐高溫性能，特別是和金屬焊接后，苛刻環(huán)境下服役穩(wěn)定性和可靠性更高目前，全球半導(dǎo)體器件技術(shù)朝著更高電壓，更大電流和更大功率密度的方向發(fā)展。這種趨勢(shì)推動(dòng)寬禁帶半導(dǎo)體在不久的將來(lái)迅速替代硅。高的功率密度、大的熱應(yīng)力和熱沖擊等苛刻的使用環(huán)境，對(duì)封裝材料的服役可靠性提出了極其嚴(yán)苛的要求。氮化硅是唯一具備高導(dǎo)熱、高可靠性雙重優(yōu)勢(shì)的材料體系，針對(duì)大功率器件的應(yīng)用需求，特別是第三代半導(dǎo)體的應(yīng)用，以及器件大功率化、微型化和小型化的發(fā)展趨勢(shì)，氮化硅的優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯。（3）重要性和迫切性。電力電子器件是實(shí)現(xiàn)對(duì)電能高效產(chǎn)生、3傳輸、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)和控制，提高能源利用效率、開(kāi)發(fā)可再生能源，推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)的基礎(chǔ)。近年來(lái)，“節(jié)能減排”、“開(kāi)發(fā)綠色新能源”已成為我國(guó)長(zhǎng)期發(fā)展的基本國(guó)策。在我國(guó)綠色能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動(dòng)下，功率半導(dǎo)體已經(jīng)成為建設(shè)節(jié)約型社會(huì)、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、踐行創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的重要支撐。2015年5月，《中國(guó)制造2025規(guī)劃綱要》出臺(tái)，提出要突破大功率電力電子器件、高溫超導(dǎo)材料等關(guān)鍵元器件和材料的制造及應(yīng)用技術(shù)，形成產(chǎn)業(yè)化能力。從2012年開(kāi)始，國(guó)家先后出臺(tái)了一系列政策，將新能源汽車(chē)的發(fā)展提升到了國(guó)家戰(zhàn)略高度，在市場(chǎng)上給予新能源車(chē)型補(bǔ)貼、購(gòu)置稅減免等多重幫扶。高導(dǎo)熱氮化硅和氮化鋁陶瓷基片不僅在電力電子器件中應(yīng)用廣泛，而且也關(guān)系到國(guó)家發(fā)展和國(guó)防安全的核心領(lǐng)域，氮化硅陶瓷基片已經(jīng)被列入卡脖子材料、戰(zhàn)略性新材料等，成為國(guó)家和地方政府關(guān)注的焦點(diǎn)。特別是在碳中和的大背景下，發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)勢(shì)在必行，高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基片已經(jīng)成為急需著力突破的核心。隨著市場(chǎng)需求逐漸擴(kuò)大，高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基片已經(jīng)成為各國(guó)競(jìng)相布局的焦點(diǎn)，也是西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)我國(guó)進(jìn)行全方位技術(shù)封鎖的關(guān)鍵材料之一。此外，功率半導(dǎo)體不僅涉及到電力電子器件、電力電子裝置、系統(tǒng)控制及其在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用等領(lǐng)域，還涉及到相關(guān)的半導(dǎo)體材料、電工材料、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件、散熱裝置、生產(chǎn)設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備等產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)作用巨大，在推進(jìn)實(shí)施《中國(guó)制造2025》規(guī)劃中具有重大意義，對(duì)深入推進(jìn)制造業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和企業(yè)技術(shù)改造，實(shí)施中國(guó)制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略提供強(qiáng)大的支撐。4（1）產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況：目前全球真正能將氮化硅陶瓷基片應(yīng)用于電力電子器件的公司主要有東芝、丸和、京瓷、日立金屬等日本公司。氮化硅陶瓷基片產(chǎn)品已用于混合動(dòng)力汽車(chē)/純電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)領(lǐng)域。目前，歐洲、美國(guó)都還沒(méi)有產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)也無(wú)成熟的高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基板產(chǎn)品。但是鑒于氮化硅陶瓷基片巨大的市場(chǎng)需求和發(fā)展前景，特別是國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)的快速發(fā)展，已經(jīng)有超過(guò)三十多家公司進(jìn)入高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基片的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域，材料的性能指標(biāo)和國(guó)外差距在快速縮小。國(guó)內(nèi)多所大學(xué)和研究所也投入到高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基片的研究中。此外，針對(duì)氮化硅基片的上游粉體（青島瓷興、河北高富等）、下游覆銅（富樂(lè)華、浙江德匯、比亞迪等）和模塊制造（中車(chē)集團(tuán)、斯達(dá)半導(dǎo)體、比亞迪等），電動(dòng)汽車(chē)等企業(yè)（比亞迪、風(fēng)電等終端用戶，國(guó)內(nèi)也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全產(chǎn)業(yè)鏈布局。目前國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)企業(yè)，從技術(shù)和產(chǎn)能等多個(gè)方面處于國(guó)際領(lǐng)先水平。隨著產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展和電動(dòng)汽車(chē)的快速擴(kuò)張，對(duì)高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基片的需求也日益迫切。商用氮化硅陶瓷基片的導(dǎo)熱率一般在80-130W/(m·K)。經(jīng)調(diào)研，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)高導(dǎo)熱陶瓷基片熱導(dǎo)率測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。以企業(yè)為主體的創(chuàng)新體系尚不健全，基礎(chǔ)研究也相對(duì)薄弱。因陶瓷基片厚度較?。?.15mm-0.8mm表面效應(yīng)更加明顯；陶瓷基片和陶瓷塊體的制備工藝、配方和燒結(jié)工藝等均有明顯差異，最5終成型的基片和塊體材料的熱導(dǎo)率也有很大差別，若采用傳統(tǒng)激光閃射法測(cè)量厚度2mm塊體材料的熱導(dǎo)率，并不能代表同樣材質(zhì)陶瓷基片的熱導(dǎo)率大小，所以終端用戶不認(rèn)可這種測(cè)量方式。因熱導(dǎo)率是陶瓷基片的核心指標(biāo)，直接關(guān)系到基片的散熱能力。而該方面國(guó)內(nèi)外尚無(wú)陶瓷基片，急需建立對(duì)其熱導(dǎo)率直接進(jìn)行測(cè)試的方法及標(biāo)準(zhǔn)，以滿足基片生產(chǎn)和功率模塊應(yīng)用的測(cè)試需求。建立高導(dǎo)熱陶瓷基片測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的目的是要適應(yīng)新時(shí)期上下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，加強(qiáng)新技術(shù)的應(yīng)用，根據(jù)材料的構(gòu)建一套優(yōu)化、合理、符合我國(guó)陶瓷基片行業(yè)發(fā)展的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。（2）有關(guān)技術(shù)的成熟度和經(jīng)濟(jì)性分析激光閃射法是成熟的熱導(dǎo)率測(cè)試技術(shù)。可測(cè)量材料的熱擴(kuò)散系數(shù)。其測(cè)試原理如下：在一定的設(shè)定溫度T(恒溫條件)下,由激光源(或閃光燈)在瞬間發(fā)射一束光脈沖,均勻照射在試樣表面上,使用探測(cè)器(如非接觸式熱電偶或紅外探測(cè)器等)觀測(cè)并記錄試樣背面的瞬態(tài)溫升曲線,分析計(jì)算出樣品的熱擴(kuò)散系數(shù)(α)。在已知試樣的比熱(Cp),和密度(ρ)值時(shí)，使用激光閃射法測(cè)得被測(cè)材料的熱擴(kuò)散系數(shù)后,可根據(jù)下式推導(dǎo)出熱導(dǎo)率(λ)：激光閃射法已經(jīng)在陶瓷材料的熱導(dǎo)率測(cè)量中廣泛應(yīng)用。設(shè)備操作簡(jiǎn)單，針對(duì)高導(dǎo)熱氮化硅和氮化鋁陶瓷基片，因厚度較薄，只有0.25-60.32mm，可以直接采用該厚度來(lái)測(cè)試樣品徑向熱導(dǎo)率，測(cè)試方便，且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，可靠性和穩(wěn)定性可以得到保證。是一種簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)的測(cè)試目前也有不少企業(yè)選擇采用平面熱源法，因該方法同樣操作簡(jiǎn)單，且可以在線檢測(cè)。但是，該方法無(wú)法控制環(huán)境溫度，測(cè)試誤差較大，無(wú)法得到更加可靠的數(shù)據(jù)。為了排除目前測(cè)試存在的問(wèn)題，規(guī)范氮化硅陶瓷基片的熱導(dǎo)率檢測(cè)，有必要建立熱導(dǎo)率測(cè)試的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。（3）已經(jīng)具備的研究基礎(chǔ)和條件中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所（簡(jiǎn)稱上海硅酸鹽所）淵源于1928年成立的國(guó)立中央研究院工程研究所，學(xué)科方向是先進(jìn)無(wú)機(jī)材料科學(xué)與工程。主要研究領(lǐng)域覆蓋了高性能結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷、透明陶瓷、陶瓷基復(fù)合材料、人工晶體、無(wú)機(jī)涂層、能源材料、生物材料、古陶瓷以及先進(jìn)無(wú)機(jī)材料性能檢測(cè)與表征等，是國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域科學(xué)研究單位中門(mén)類(lèi)最為齊全的研究所。上海硅酸鹽研究所在無(wú)機(jī)材料熱物性領(lǐng)域開(kāi)展了長(zhǎng)期、深入的研究。1960年“兩彈一星”時(shí)期，上海硅酸鹽研究所作為“國(guó)家高溫?zé)嵛锢硇再|(zhì)測(cè)試基地”副組長(zhǎng)單位，為完成國(guó)家下達(dá)的任務(wù)，特組建熱物性課題組，成功研制十余臺(tái)熱物性表征設(shè)備，為我國(guó)“兩彈一星”提供了關(guān)鍵的熱物性數(shù)據(jù)。長(zhǎng)期以來(lái)，上海硅酸鹽研究所致力于熱物性測(cè)量方法、技術(shù)和儀器以及熱物性學(xué)的研究，同時(shí)開(kāi)展對(duì)外檢測(cè)服務(wù)、儀器委托研制、技術(shù)咨詢等工作。在熱導(dǎo)率測(cè)試?yán)碚摵图夹g(shù)領(lǐng)域居于國(guó)內(nèi)領(lǐng)7浙江多面體新材料有限公司成立于2020年，位于湖州市吳興區(qū)埭溪鎮(zhèn)，注冊(cè)資金五千萬(wàn)元。公司依托中科院上海硅酸鹽研究所注冊(cè)資金五千萬(wàn)元。公司依托中科院上海硅酸鹽研究所，成功開(kāi)發(fā)了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氮化硅陶瓷基片產(chǎn)品。立足于國(guó)內(nèi)原料，通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)突破，形成了完全自主可控、性能對(duì)標(biāo)日本公司的產(chǎn)品研制和主導(dǎo)制定了高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基片企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)各1項(xiàng)。獲得浙江省產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新項(xiàng)目B類(lèi)資助。2021年作為湖州市唯一一家企業(yè)參加第四屆進(jìn)博會(huì)長(zhǎng)三角G60科創(chuàng)走廊重大項(xiàng)目集中簽約儀式。2023年獲得創(chuàng)客中國(guó)湖州賽區(qū)一等獎(jiǎng)、浙江賽區(qū)二等獎(jiǎng)。目前公司16條生產(chǎn)線建設(shè)完成，具備年產(chǎn)320萬(wàn)片的能力，已經(jīng)提供樣品給多家新能源汽車(chē)企業(yè)驗(yàn)證。通過(guò)了ISO9001認(rèn)證和16949認(rèn)證。浙江多面體新材料有限公司開(kāi)發(fā)的高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基片制備技術(shù)，已經(jīng)送樣到比亞迪、浙江德匯、中車(chē)等廠家使用。該產(chǎn)品具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，且性能對(duì)標(biāo)日本公司產(chǎn)品，但是成本低于日本公司，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中具有較強(qiáng)的生存能力和自我發(fā)展?jié)摿?。為了提高我?guó)高導(dǎo)熱氮化硅和氮化鋁陶瓷等基片產(chǎn)業(yè)的整體技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，規(guī)范高導(dǎo)熱氮化硅和氮化鋁等陶瓷基片的熱導(dǎo)率測(cè)試及其精確度，推進(jìn)國(guó)產(chǎn)化替代進(jìn)程，提高氮化硅和氮化鋁陶瓷基片的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，具備制訂國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。綜上所述，高導(dǎo)熱氮化硅和氮化鋁陶瓷基片屬于新材料和半導(dǎo)體材料領(lǐng)域。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，市場(chǎng)規(guī)模巨大，是大功率電力電子器件和8第三代半導(dǎo)體的核心基板材料，在電動(dòng)汽車(chē)、軌道交通、智能電網(wǎng)、風(fēng)力發(fā)電、航空航天、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、新能源裝備、集成電路、不間斷電源（UPS）等國(guó)民經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。其熱導(dǎo)率大小為氮化硅陶瓷基片關(guān)鍵參數(shù)，但目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)氮化硅陶瓷基片熱導(dǎo)率測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。（三）起草過(guò)程在標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目計(jì)劃下達(dá)后，浙江多面體新材料有限公司組織成立了《高導(dǎo)熱陶瓷基片徑向熱導(dǎo)率試驗(yàn)方法激光閃射法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定工作組，并組織召開(kāi)了工作組第一次會(huì)議。標(biāo)準(zhǔn)小組首先進(jìn)行了相關(guān)資料的查閱和收集工作，對(duì)國(guó)內(nèi)外高導(dǎo)熱陶瓷基片的熱導(dǎo)率試驗(yàn)方法進(jìn)行了充分調(diào)研，收集了目前己發(fā)布的熱導(dǎo)率測(cè)試等相關(guān)國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施及使用情況、國(guó)內(nèi)外其他相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)等有關(guān)資料。并選取多種陶瓷樣品進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證工作，并進(jìn)行了試驗(yàn)報(bào)告的編寫(xiě)。隨后在召開(kāi)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定工作組會(huì)議中，標(biāo)準(zhǔn)工作組匯總、討論了前期的試驗(yàn)及分析結(jié)果，并根據(jù)前期試驗(yàn)及驗(yàn)證情況對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的草案進(jìn)行了修改和完善，于2023年9月形成了《高導(dǎo)熱陶瓷基片徑向熱導(dǎo)率試驗(yàn)方法激光閃射法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)草案稿，提交全國(guó)工業(yè)陶瓷標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)審查。2023年10月20-21日，在湖南婁底，由標(biāo)準(zhǔn)歸口單位全國(guó)工業(yè)陶瓷標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)組織，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)草案稿進(jìn)行審定。根據(jù)專(zhuān)家提出9的意見(jiàn)，將標(biāo)準(zhǔn)題目改為了《高導(dǎo)熱陶瓷基片徑向熱導(dǎo)率試驗(yàn)方法激光閃射法》。會(huì)后標(biāo)準(zhǔn)工作組對(duì)草案稿作進(jìn)一步修改、適當(dāng)?shù)奈淖中揎椇笮纬伞陡邔?dǎo)熱陶瓷基片徑向熱導(dǎo)率試驗(yàn)方法激光閃射法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)申請(qǐng)草案修改稿，2023年11月報(bào)送到全國(guó)工業(yè)陶瓷標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)秘書(shū)處。2024年4月23日，山東國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)審評(píng)中心組織專(zhuān)家在山東濟(jì)南對(duì)推薦型國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行立項(xiàng)評(píng)估。2024年7月12日，收到通知，項(xiàng)目通過(guò)了立項(xiàng)評(píng)估。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)起草組進(jìn)一步組織了多次討論。并制備了氮化硅陶瓷樣品，分別送到北京理化研究中心，重慶諾獎(jiǎng)研究院，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所，按照本標(biāo)準(zhǔn)提出的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。在此基礎(chǔ)上，形成了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)稿。（四）主要參加單位和工作組成員及其所做的工作本標(biāo)準(zhǔn)主要起草單位及其分工如表1所示。負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)撰寫(xiě)和主要內(nèi)容改進(jìn)負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)撰寫(xiě)和主要內(nèi)容改進(jìn)準(zhǔn)準(zhǔn)本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人員及其分工如表2所示。，，作二標(biāo)準(zhǔn)編制原則和主要內(nèi)容（一）標(biāo)準(zhǔn)編制原則按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》及GB/T1.2-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第2部分：以ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)化文件為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)化文件起草規(guī)則》的規(guī)定和要求，編制本文件。本文件制定的原則是保持標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性和適用性，測(cè)試方法及測(cè)試適用性達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)水平。（二）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)編制原則、主要內(nèi)容及其確定依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)為制定。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了面向大功率電力電子器件的高導(dǎo)熱陶瓷基片產(chǎn)品的熱導(dǎo)率試驗(yàn)方法。標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容將根據(jù)高導(dǎo)熱陶瓷基片的熱導(dǎo)率測(cè)試方法及其適用范圍，提出針對(duì)陶瓷基片的科學(xué)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。激光閃射法測(cè)量時(shí)，材料的孔隙率、孔隙形狀、孔隙分布,材料的尺寸均勻性和同質(zhì)性會(huì)對(duì)熱擴(kuò)散系數(shù)造成影響。在使用激光閃射法通過(guò)測(cè)量材料的熱擴(kuò)散系數(shù)來(lái)推導(dǎo)計(jì)算熱導(dǎo)率時(shí),需要依情況仔細(xì)選擇試樣、測(cè)試模型和修正參數(shù)等。針對(duì)氮化硅陶瓷基片的特點(diǎn)，為了提高測(cè)試的精確度，減少誤差，主要技術(shù)要求如下：①邊界條件:a)與熱擴(kuò)散的特性時(shí)間相比,激光脈沖的持續(xù)時(shí)間很短;b)試樣的正面由光脈沖均勻地進(jìn)行加熱;c)光脈沖加熱后，試樣在測(cè)量過(guò)程中是絕熱的;d)試樣是均勻的(在幾何尺寸上)和各向同性的:e)試樣對(duì)光脈沖和熱輻射是不透明的(不透明和非半透明)。建立理想的測(cè)試邊界條件,保證熱流在試樣中以一維方式流動(dòng)，試樣背面溫度根據(jù)解析方程式(詳見(jiàn)GB/T5598(附錄B))發(fā)生變化。根據(jù)測(cè)試儀器所記錄的瞬態(tài)溫度曲線解析此方程式,可確定出熱擴(kuò)散系數(shù)的值。理論上,在理想條件下進(jìn)行測(cè)試,則所計(jì)算的熱擴(kuò)散系數(shù)數(shù)值應(yīng)與沿著瞬態(tài)曲線的位置無(wú)關(guān)。②測(cè)量環(huán)境：可在室溫下的開(kāi)放的大氣、惰性氣體或真空環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量。若需要高溫測(cè)量，則可采用相應(yīng)的惰性氣體或真空條件。③試驗(yàn)儀器:且應(yīng)具有薄片樣品徑向熱擴(kuò)散系數(shù)測(cè)量模型及其對(duì)應(yīng)的試樣支架。④樣品夾具：樣品夾具用來(lái)將切割后的陶瓷基片拼接為陶瓷塊樣品，要求如下：a)樣品夾具包括樣品托、緊固滑塊、緊固螺絲，緊固滑塊可隨著緊固螺絲的作用前后移動(dòng)；b)樣品夾具材質(zhì)不能與樣品及樣品支架發(fā)生反應(yīng)，可使用不銹c)樣品夾具的形狀和尺寸取決于樣品尺寸和所使用的儀器設(shè)⑤樣品要求：測(cè)試樣品的制備要求如下：a)先通過(guò)機(jī)械加工或激光切割的方法制成長(zhǎng)度、寬度一致的陶瓷條（加工數(shù)量依據(jù)制備完成后的樣品寬度y與陶瓷基片厚度估算）；b)陶瓷條長(zhǎng)度l推薦尺寸為10mm-13mm，寬度w推薦尺寸為3mm-4mm，寬度方向加工平整且平行度偏差控制在0.5%以c)用千分尺測(cè)量陶瓷條寬度w，精確至0.001mm，至少選擇三個(gè)不同的陶瓷條進(jìn)行測(cè)量，取其算術(shù)平均值；d)將加工完成的陶瓷條翻轉(zhuǎn)90°,依次拼接在樣品夾具中；e)拼接完成后的樣品不松動(dòng)且表面平整，拼接后樣品寬度y與長(zhǎng)度l尺寸接近，測(cè)量得到陶瓷條寬度w即為拼接后樣品的⑥表面處理：將試樣表面拋光并擦洗干凈,使用配套的石墨噴罐對(duì)試樣的激光照射面和背面(測(cè)溫面)均勻致密地涂上或蒸鍍上一層石墨薄膜。標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)內(nèi)容確定，一方面主要參考了目前龍頭企業(yè)，包括日本東芝、丸和的產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)及測(cè)試方法；同時(shí)參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)專(zhuān)利和標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，提出精確、合理的基片熱導(dǎo)率測(cè)試方法；同時(shí)，和上下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行溝通，滿足下游用戶對(duì)于材料熱導(dǎo)率評(píng)估的需求。加快推進(jìn)高導(dǎo)熱陶瓷基片行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。三試驗(yàn)驗(yàn)證的分析、綜述報(bào)告，技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益（一）試驗(yàn)驗(yàn)證的分析、綜述報(bào)告本標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)牽頭單位實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和檢驗(yàn)與校準(zhǔn)方法科學(xué)合理，具備可操作性。為了驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于數(shù)據(jù)和測(cè)試方法的科學(xué)性和適宜性，本標(biāo)準(zhǔn)選擇氮化硅陶瓷基片，分別在四家單位，按照本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行了測(cè)試，本標(biāo)準(zhǔn)所確定的方法和參數(shù)是適宜的，規(guī)定的性能指標(biāo)要求是合理可行的，驗(yàn)證方法合理。相關(guān)的測(cè)試結(jié)果及數(shù)據(jù)分析詳見(jiàn)《試驗(yàn)驗(yàn)（二）預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。隨著國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)的發(fā)展，高導(dǎo)熱、高絕緣的氮化硅陶瓷基片供不應(yīng)求，已成為制約國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)的發(fā)展的瓶頸。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有不少企業(yè)、大學(xué)和研究所投入到研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中。相關(guān)的上下游產(chǎn)業(yè)也逐漸發(fā)展，技術(shù)不斷更新迭代。預(yù)期國(guó)內(nèi)會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)數(shù)量的高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基片生產(chǎn)公司和上下游產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)，推進(jìn)我國(guó)電力電子萬(wàn)億市場(chǎng)的發(fā)展。為了規(guī)范高導(dǎo)熱氮化硅和氮化鋁陶瓷基片的生產(chǎn)和行業(yè)應(yīng)用，突破產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸和國(guó)際技術(shù)封鎖，制訂科學(xué)、規(guī)范的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)十分必要。此外，本項(xiàng)目的實(shí)施在推動(dòng)科技進(jìn)步、工業(yè)發(fā)展以及國(guó)家安全等方面具有重要作用，在社會(huì)效益、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)效益和創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)等方面也都將具有重大意義。四與國(guó)際、國(guó)外同類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)水平的對(duì)比情況，國(guó)內(nèi)外關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比分析或與測(cè)試的國(guó)外樣品、樣機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比情況平面熱源法（測(cè)量徑向平面方向）對(duì)氮化硅和氮化鋁陶瓷基片進(jìn)行測(cè)量，但由于陶瓷基片厚度較薄（0.15mm-0.8mm且室溫?zé)釋?dǎo)率較大，對(duì)測(cè)量帶來(lái)的影響因素較多，目前缺乏統(tǒng)一的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，其結(jié)果可靠如表1所示，氮化硅和氮化鋁陶瓷基片目前測(cè)試中參考的一些標(biāo)準(zhǔn)，基本采用激光閃射法原理測(cè)量樣品厚度方向熱導(dǎo)率；但對(duì)于厚度般>50W/(m·K)，采用這些標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量厚度方向熱導(dǎo)率時(shí)，測(cè)試中激光有效脈沖時(shí)間、以及表面石墨涂層會(huì)帶來(lái)較大誤差，較難得到可靠的等規(guī)格，因厚度較薄，現(xiàn)有測(cè)試方法誤差較大。所以目前的標(biāo)準(zhǔn)不適用于測(cè)量高導(dǎo)熱氮化硅和氮化鋁陶瓷基片。對(duì)于平面熱源法測(cè)量陶瓷基片徑向熱導(dǎo)率，目前僅有塑料行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并不完全適用于陶瓷基片。本標(biāo)準(zhǔn)在傳統(tǒng)激光閃射法設(shè)備測(cè)量樣品厚度方向熱導(dǎo)率的基礎(chǔ)上，引入徑向熱導(dǎo)率測(cè)量模型及對(duì)應(yīng)的試樣夾具，采用該模型及夾具測(cè)量陶瓷基片徑向熱導(dǎo)率（于厚度方向熱導(dǎo)率相等該方法得到的結(jié)果更加準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠。表1國(guó)內(nèi)外陶瓷熱導(dǎo)率主要測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)差別分析國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)ISO18755-2022