中國(guó)粉體網(wǎng)訊 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”，在新能源汽車領(lǐng)域中甚至可取代氧化鋁基板，應(yīng)用前景廣闊。
氮化鋁在新能源汽車中的應(yīng)用
IGBT用氮化鋁陶瓷基板
在新能源汽車“新四化”的浪潮下，對(duì)于高壓大功率IGBT模塊的需求也日漸迫切。高壓大功率的IGBT模塊技術(shù)門檻較高，難度較大，且要求封裝材料散熱性能好、可靠性高、載流量更大，陶瓷覆銅基板優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，使得其成為電力電子領(lǐng)域功率模塊封裝中不可或缺的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。
陶瓷覆銅基板，來源：富樂華
相比Al2O3陶瓷基板和Si3N4陶瓷基板，AlN陶瓷基板具有這些優(yōu)勢(shì)：使用AlN陶瓷基板作為芯片的承載體，可以將芯片與模塊散熱底板隔離開，基板中間的AlN陶瓷層可有效提高模塊的絕緣能力（陶瓷層絕緣耐壓>2.5KV），而且氮化鋁陶瓷基板具有良好的導(dǎo)熱性，熱導(dǎo)率可以達(dá)到170-260W/m·K。這些優(yōu)異的性能都使得氮化鋁覆銅板成為高壓IGBT模塊封裝的首選。
此外，AlN陶瓷基板膨脹系數(shù)同硅相近，不會(huì)造成對(duì)芯片的應(yīng)力損傷，氮化鋁陶瓷基板抗剝力>20N/mm2，具有優(yōu)秀的機(jī)械性能，耐腐蝕，不易發(fā)生形變，可以在較寬溫度范圍內(nèi)使用，提高了高壓IGBT模塊的可靠性。
LED大燈用氮化鋁
汽車LED大燈的工作溫度是極其高的，如果無法及時(shí)散熱，會(huì)導(dǎo)致亮度衰減加快，這時(shí)候就得看LED散熱基板的性能是否給力了。氮化鋁陶瓷基板具有高導(dǎo)熱率、優(yōu)良的絕緣性及與燈珠更匹配的熱膨脹技術(shù)等一系列優(yōu)點(diǎn)，用于大功率的大燈是再好不過的選擇了。而且不光是汽車大燈，氮化鋁陶瓷基板在汽車上的應(yīng)用還有很多，如各種傳感器及智能汽車的各種大功率模塊等，前景可謂是一片大好。
來源：pixabay
高性能的氮化鋁陶瓷關(guān)鍵在于粉體制備
氮化鋁粉體制備技術(shù)可以分為直接氮化法、碳熱還原法、自蔓延法、等離子體法、化學(xué)氣相法、溶液法和高能球磨法。
氮化鋁粉體制備常用方法
其中，碳熱還原法獨(dú)占鰲頭，占了將近五成的比例，其次是直接氮化法和自蔓延法，分別為26%和12%，這三種方法也是實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用的方法。這些方法技術(shù)相對(duì)成熟，設(shè)備需求較為簡(jiǎn)單，產(chǎn)出品的純度也較高。然而，這些工藝涉及的配方和步驟較為復(fù)雜，生產(chǎn)能耗較高，同時(shí)存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，這些因素都制約了氮化鋁在大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用方面的發(fā)展。
國(guó)內(nèi)氮化鋁粉體制備技術(shù)在高品質(zhì)方面與國(guó)外相比存在差距，無論是品質(zhì)還是穩(wěn)定性。目前市場(chǎng)上的氮化鋁粉體主要由日本德山（占全球高純氮化鋁粉體市場(chǎng)份額的75%）、東洋鋁業(yè)、德國(guó)Starck以及美國(guó)DOW化學(xué)等供應(yīng)，這些產(chǎn)品的純度可達(dá)99.9%。在能夠量產(chǎn)高質(zhì)量配方粉體的企業(yè)數(shù)量上，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有很少（目前已有兩家企業(yè)進(jìn)入了配方粉體導(dǎo)入階段）。
國(guó)內(nèi)AlN產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，國(guó)產(chǎn)替代空間巨大
隨著半導(dǎo)體和新能源行業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)界對(duì)大功率電力電子芯片、光芯片等封裝散熱提出更高要求，陶瓷基板正處在從氧化鋁向氮化鋁、氮化硅等方向的技術(shù)演進(jìn)。雖然目前國(guó)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)值占比仍較低，但預(yù)示著未來國(guó)產(chǎn)替代空間大。
目前，全球氮化鋁基板的生產(chǎn)主要由少數(shù)廠家壟斷，其中日本是最大的出口國(guó)，主要核心廠商包括丸和和京瓷等。制造氮化鋁基板需要高溫?zé)Y(jié)爐，早期這些設(shè)備必須從日本進(jìn)口，每臺(tái)價(jià)格高達(dá)600萬，直到2015年，國(guó)內(nèi)才攻克了這一技術(shù)難題。如今，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出一批具備大規(guī)模氮化鋁基板生產(chǎn)能力的企業(yè)，其中龍頭企業(yè)的產(chǎn)能已經(jīng)超過50萬片/月，逐步接近日本丸和的水平。隨著高品質(zhì)氮化鋁基板生產(chǎn)能力的不斷提高，有望改變長(zhǎng)期依賴進(jìn)口高性能陶瓷基板的局面。
氮化鋁陶瓷基板市場(chǎng)目前的規(guī)模約為10億元，自2019年至2022年，國(guó)內(nèi)氮化鋁陶瓷基板市場(chǎng)的復(fù)合增長(zhǎng)率超過20%。隨著下游領(lǐng)域，如大規(guī)模集成電路、IGBT、微波通訊、汽車電子和影像傳感等產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，以及電子器件功率不斷提高，氮化鋁的應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大。根據(jù)行業(yè)專家的預(yù)測(cè)，未來幾年，氮化鋁陶瓷基板市場(chǎng)空間的增長(zhǎng)速度將保持在20%以上，按此增長(zhǎng)速率計(jì)算，到2026年，氮化鋁陶瓷基板市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到20億元。
由此，2023年9月12日，中國(guó)粉體網(wǎng)在合肥舉辦“第一屆電動(dòng)車用陶瓷材料技術(shù)研討會(huì)”。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院魏鑫博士將帶來題為《高性能氮化鋁陶瓷研究及其在電動(dòng)汽車領(lǐng)域應(yīng)用》的報(bào)告。魏鑫博士將會(huì)詳細(xì)講述氮化鋁粉體的制備技術(shù)及其在新能源汽車中的應(yīng)用。
參考來源：
半導(dǎo)體在線：陶瓷基板產(chǎn)業(yè)投資機(jī)會(huì)分析
張爽等：氮化鋁粉體制備國(guó)內(nèi)專利技術(shù)分析
范華樂：氮化鋁填充電子灌封膠
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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