中國(guó)粉體網(wǎng)訊 1862年，F(xiàn).Birgeler和A.Geuhter首次發(fā)現(xiàn)了氮化鋁，兩位科學(xué)先驅(qū)或許沒(méi)有想到，這種新材料將會(huì)在一百年后煥發(fā)怎樣的光芒。
20世紀(jì)70年代，隨著研究的不斷深入，氮化鋁的制備工藝日趨成熟，其應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。21世紀(jì)后，隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子整機(jī)和電子元器件正朝微型化、輕型化、集成化，以及高可靠性和大功率輸出等方向發(fā)展，越來(lái)越復(fù)雜的器件對(duì)基板和封裝材料的散熱提出了更高要求，自此，擁有高導(dǎo)熱性能的氮化鋁基板成為了散熱基板領(lǐng)域的“明星材料”。
通過(guò)自主創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)“卡脖子技術(shù)的突破”
一直以來(lái)，我國(guó)陶瓷基板生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模較小，研發(fā)投入資金有限，技術(shù)人員較少且經(jīng)驗(yàn)不足，導(dǎo)致我國(guó)陶瓷基板行業(yè)整體水平較低，以中低端產(chǎn)品為主，產(chǎn)品缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，尤其是高性能、大尺寸氮化鋁薄基板依賴于進(jìn)口。日本有多家企業(yè)研發(fā)和生產(chǎn)氮化鋁陶瓷基板，是全球最大的氮化鋁陶瓷基板生產(chǎn)國(guó)，主要研發(fā)生產(chǎn)氮化鋁陶瓷基板產(chǎn)品的公司包括京瓷、日本特殊陶業(yè)、住友金屬工業(yè)、富士通、東芝、日本電氣等。由于特殊技術(shù)要求，加上設(shè)備投資大、制造工藝復(fù)雜，高性能、大尺寸氮化鋁陶瓷基板核心制造技術(shù)被日本等國(guó)家的幾個(gè)大公司掌控。
正天新材氮化鋁薄基板產(chǎn)品
成立于2017年的浙江正天新材料科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“正天新材”）通過(guò)自主創(chuàng)新，掌握了流延、裁切、沖片、燒結(jié)及后道CNC、研磨、拋光、激光切割等完整加工鏈核心技術(shù)，開發(fā)出了LED封裝用基板、半導(dǎo)體用基板、薄膜電路基板等不同用途的氮化鋁基板產(chǎn)品，在高性能、大尺寸氮化鋁陶瓷基板方面實(shí)現(xiàn)了重要突破。
聚焦最具應(yīng)用潛力的基板材料
成功的創(chuàng)業(yè)至少包括兩個(gè)因素，眼光和實(shí)力。
正天新材之所以將目光鎖定在氮化鋁身上，是因?yàn)榈X蘊(yùn)藏著巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。目前應(yīng)用廣泛的陶瓷基板主要是氧化鋁陶瓷基板、氮化鋁陶瓷基板、氧化鈹陶瓷基板、碳化硅基板和氮化硅陶瓷基板等。長(zhǎng)期以來(lái)，絕大多數(shù)大功率混合集成電路的基板材料一直沿用 Al2O3和 BeO 陶瓷，但 Al2O3基板的熱導(dǎo)率低，熱膨脹系數(shù)和 Si 不太匹配，無(wú)法滿足高功率大電壓器件發(fā)展要求，只適用于對(duì)散熱要求較低的工作環(huán)境；BeO 雖然具有優(yōu)良的綜合性能，但其較高的生產(chǎn)成本和粉末含有劇毒的缺點(diǎn)限制了它的應(yīng)用推廣；SiC由于其具有較高的介電損耗和較低的擊穿電壓，不利于應(yīng)用在高頻高壓的工作環(huán)境中。
正天新材Φ308mm*1.0mm氮化鋁陶瓷基板
而氮化鋁似乎是一種“天生的”基板材料，以正天新材的氮化鋁基板為例，據(jù)了解，正天新材生產(chǎn)的氮化鋁陶瓷基板熱導(dǎo)率可高達(dá)180W/(m·K)以上，這十分有利于LED中熱量散發(fā)，提高LED性能；抗彎強(qiáng)度450MPA以上，機(jī)械性能較好；熱膨脹系數(shù)達(dá)3.4×10-6/K，與LED常用材料Si、GaAs的熱膨脹系數(shù)相近，變化規(guī)律也與Si的熱膨脹系數(shù)的規(guī)律相似；同時(shí)還具有高電阻率、密度小、低介電常數(shù)、無(wú)毒等優(yōu)異性能，將逐步取代傳統(tǒng)大功率 LED 基板材料，是一種極具發(fā)展前景的陶瓷基板材料。
正天新材氮化鋁陶瓷基板產(chǎn)品性能
即燒型工藝——以創(chuàng)新謀突破
氮化鋁陶瓷基板行業(yè)門檻較高，研發(fā)生產(chǎn)過(guò)程較為復(fù)雜繁瑣，例如流延成型過(guò)程中漿料制備、工藝參數(shù)的控制以及燒結(jié)過(guò)程中燒結(jié)方式的選擇、燒結(jié)溫度的控制、燒結(jié)助劑的添加、燒結(jié)氣氛的控制等，均是需要逐一攻克的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
在工藝方面，正天新材創(chuàng)新性的采用即燒型工藝，所謂即燒型是指通過(guò)先進(jìn)設(shè)備、先進(jìn)的燒結(jié)工藝達(dá)到表面光滑平整，無(wú)需后期研磨。這樣就避免了研磨過(guò)程中暗裂紋的產(chǎn)生，不容易破碎，據(jù)部分客戶使用回饋，即燒型的基板在使用過(guò)程中，除去人工破壞之外，破碎率為“零”。
在設(shè)備方面，正天新材擁有成套自動(dòng)化設(shè)備，擁有從流延、裁切、等靜壓、熱切、排膠、燒結(jié)等成套設(shè)備技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)。
車間一角
突破“大尺寸”行業(yè)難題
對(duì)陶瓷基板而言，“大尺寸薄片”是一個(gè)行業(yè)難題，這是因?yàn)殡S著尺寸的加大，曲翹、開裂等現(xiàn)象也隨之出現(xiàn)。憑借先進(jìn)的工藝與設(shè)備，正天新材在攻克大尺寸氮化鋁基板方面已經(jīng)走在了行業(yè)前列，目前公司已開發(fā)出了Φ308mm*1.0mm等大尺寸、低曲翹度（≤200μm）的成熟穩(wěn)定產(chǎn)品。
正天新材氮化鋁基板產(chǎn)品尺寸
據(jù)正天新材董總介紹，在IC行業(yè)，為了保證IC的制造質(zhì)量，必須確保硅片在工藝設(shè)備之間的傳輸過(guò)程中保持絕對(duì)的平穩(wěn)，同時(shí)還需保證硅片在加工載荷的作用下不會(huì)翹曲變形或偏移，這對(duì)硅片的夾持技術(shù)提出了嚴(yán)格的要求。同時(shí)，在半導(dǎo)體加工中，對(duì)硅片的散熱工作相當(dāng)重要，如果無(wú)法保證硅片表面的均溫，則在對(duì)硅片的加工過(guò)程中將無(wú)法確保加工的均勻性，加工精度將受到極大的影響。靜電吸盤作為現(xiàn)代半導(dǎo)體工業(yè)中應(yīng)用最廣的硅片夾持工具，目前主要是采用氧化鋁陶瓷作為主體制造材料，但是氧化鋁材料熱導(dǎo)率及相關(guān)機(jī)械性能不及氮化鋁陶瓷。這為正天新材的高性能、大尺寸氮化鋁基板提供一片用武之地。
靜電吸盤
寫在最后
隨著功率器件特別是第三代半導(dǎo)體的崛起與應(yīng)用，半導(dǎo)體器件逐漸向大功率、小型化、集成化、多功能等方向發(fā)展，對(duì)封裝基板性能也提出了更高要求，盡管氮化鋁陶瓷基板價(jià)格遠(yuǎn)高于其它種類基板，仍受到下游市場(chǎng)的高度認(rèn)可，高性能氮化鋁陶瓷基板市場(chǎng)需求將出現(xiàn)井噴式增長(zhǎng)。據(jù)相關(guān)報(bào)告顯示，2019年全球氮化鋁陶瓷基板市場(chǎng)總值達(dá)到了100億元左右，預(yù)計(jì)2026年可以增長(zhǎng)到300億元左右，年復(fù)合增長(zhǎng)率20%以上。
在目前我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)受到打壓的不利局面下，實(shí)現(xiàn)高性能、大尺寸氮化鋁基板的國(guó)產(chǎn)化替代對(duì)我國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。正天新材通過(guò)自主創(chuàng)新掌握核心技術(shù)，突破了一系列“卡脖子”難題，開發(fā)出了可媲美國(guó)外廠家的高性能、大尺寸氮化鋁基板產(chǎn)品，在全面提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力的同時(shí)，也引領(lǐng)著行業(yè)走向全面國(guó)產(chǎn)替代的美好未來(lái)。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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