中國粉體網(wǎng)訊  2024年7月，旭光電子子公司成都旭瓷新材料有限公司最新獲發(fā)“一種氮化鋁陶瓷燒結(jié)體及其制備方法和氮化鋁陶瓷基板”發(fā)明專利。本發(fā)明提供了一種氮化鋁陶瓷燒結(jié)體，通過該氮化鋁陶瓷燒結(jié)體制備的氮化鋁陶瓷基板兼具高熱導(dǎo)率和高抗彎強度，其中，抗彎強度大于500MPa，高于現(xiàn)有的氮化鋁陶瓷產(chǎn)品。

燒結(jié)——氮化鋁陶瓷基板實現(xiàn)“雙高”的關(guān)鍵

在實際應(yīng)用中，對于氮化鋁陶瓷基板除了要求具有高熱導(dǎo)率、高電絕緣性能外，很多領(lǐng)域還要求氮化鋁陶瓷具有高抗彎強度。目前市面流通的氮化鋁三點抗彎強度通常為400~500MPa，嚴(yán)重限制了氮化鋁陶瓷基板的推廣應(yīng)用，尤其是對可靠度要求較高的IGBT功率器件領(lǐng)域。由于AlN材料制作工藝比較復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，目前大部分國產(chǎn)AlN材料尚達不到高導(dǎo)熱、高強度的應(yīng)用要求。

在氮化鋁陶瓷基板制備中，選對燒結(jié)方式及燒結(jié)助劑往往事半功倍，制備中引入燒結(jié)助劑是目前氮化鋁陶瓷燒結(jié)普遍采用的一種方法。一方面是形成低溫共熔相，實現(xiàn)液相燒結(jié)，促進坯體致密化；另一方面是去除氮化鋁中的氧雜質(zhì)，完善晶格，提高熱導(dǎo)率。目前，燒結(jié)AlN陶瓷使用的燒結(jié)助劑主要有Y₂O₃、CaO、Yb₂O₃、Sm₂O₃、Li₂O₃、B₂O₃、CaF₂、YF₃、CaC₂等或它們的混合物。

旭瓷新材提供一種氮化鋁陶瓷燒結(jié)體，該燒結(jié)體以Li₂O、CaF₂和Y₂O₃的復(fù)合燒結(jié)助劑作為氮化鋁陶瓷燒結(jié)體的助劑，能夠促進氮化鋁陶瓷燒結(jié)過程的致密化，提高抗彎強度；通過減少氧元素的引入以及將Al₂O₃固結(jié)在晶界上終促進陶瓷的燒結(jié)并提高熱導(dǎo)率，使制備的氮化鋁陶瓷基板兼具高熱導(dǎo)率和高抗彎強度。

在氮化鋁陶瓷燒結(jié)體配方體系中，當(dāng)Y₂O₃高于3.5wt%時，燒結(jié)過程中Y-Al-O含量明顯增多且成團聚集，由于Y₃Al₅O₁₂熱導(dǎo)率低（約9 W/（m·K）），嚴(yán)重影響燒結(jié)后氮化鋁陶瓷產(chǎn)品的熱導(dǎo)率。當(dāng)CaF₂以及Li₂O含量高于1.33wt%時，由于氟化物和含鋰化合物的揮發(fā)，燒結(jié)過程中增加了氮化鋁陶瓷燒結(jié)體的氣孔率，降低了陶瓷致密程度，從而導(dǎo)致燒結(jié)后氮化鋁陶瓷產(chǎn)品的抗彎強度急劇下降。而各添加劑小于最小值時，無法起到增強力學(xué)性能的效果或效果微乎其微。

旭瓷新材的制備方法經(jīng)實驗驗證，以氮化鋁純粉計，含Y化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.33 ~ 3.5wt%，含Ca化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4 ~ 1.33wt%，含Li化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1 ~ 1.33wt%時，能夠使制備的氮化鋁陶瓷產(chǎn)品的抗彎強度和熱導(dǎo)率快速提升。然后通過微波燒結(jié)可明顯降低氮化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度，提高致密程度，減少氣孔率，解決現(xiàn)有氮化鋁陶瓷燒結(jié)體抗彎強度不高，難以應(yīng)用于高強度領(lǐng)域需求的問題，使制備的氮化鋁陶瓷基板兼具高熱導(dǎo)率和高抗彎強度。

氮化鋁陶瓷基板市場需求大

氮化鋁陶瓷因出色的熱導(dǎo)性和電絕緣性成為新一代散熱基板和電子器件封裝的理想材料，已經(jīng)在多個民用和軍用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在5G、新能源汽車以及人工智能來臨的大時代，上下游一體化布局成為氮化鋁陶瓷基板企業(yè)提升競爭力的理性選擇。根據(jù)Maxmize Market Research數(shù)據(jù)，2021年全球陶瓷基板市場規(guī)模達到65.9億美元，預(yù)計2029年全球規(guī)模將達到109.6億美元，年均增長率約6.57%。

氮化鋁作為陶瓷基板的理想材料市場廣闊，不同產(chǎn)品類型應(yīng)對不同應(yīng)用場景需求，其中以AMB、DBC、DPC、HTCC和結(jié)構(gòu)件為主要產(chǎn)品類型。DPC受大功率LED市場青睞，AMB、DBC借IGBT之風(fēng)，伴隨新能源與電動車領(lǐng)域發(fā)展迅猛；HTCC因射頻、軍工領(lǐng)域拉動需求增長；氮化鋁需求將持續(xù)受益于高速增長的半導(dǎo)體與新能源市場。

來源：國家知識產(chǎn)權(quán)局、成都旭光電子官微、中國粉體網(wǎng)

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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