中國粉體網(wǎng)訊 近日，兩項氮化鋁粉體項目獲獎！
中鋁山東
“高純氮化鋁粉體制備技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)品規(guī)�；a(chǎn)”項目
近日，在國務(wù)院國資委主辦的第四屆中央企業(yè)熠星創(chuàng)新創(chuàng)意大賽總決賽中，中鋁山東技術(shù)應(yīng)用中心高純氮化物團(tuán)隊“高純氮化鋁粉體制備技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)品規(guī)�；a(chǎn)”項目榮獲二等獎。
據(jù)中鋁集團(tuán)介紹，本次獲獎的高純氮化物項目團(tuán)隊，圍繞解決國家高端導(dǎo)熱材料“卡脖子”問題，致力于高純氮化鋁制備技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。項目團(tuán)隊創(chuàng)新開發(fā)高活性前驅(qū)體制備技術(shù)、連續(xù)均勻氮化-連續(xù)高效脫碳工藝控制技術(shù)和關(guān)鍵裝備，建成國內(nèi)首套高純氮化鋁自動化連續(xù)生產(chǎn)線，實現(xiàn)全流程物料自動輸送、精準(zhǔn)計量，保障高純氮化鋁連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。高純氮化鋁粉體在下游企業(yè)批量應(yīng)用，為5G通訊、航空航天、高端芯片制造用高性能氮化鋁材料需求提供了支撐，推動了氮化鋁領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步與高質(zhì)量發(fā)展。
秦明禮教授
“高品質(zhì)氮化鋁粉體產(chǎn)業(yè)化與應(yīng)用”項目
近日，中國有色金屬工業(yè)協(xié)會與中國有色金屬學(xué)會公布了2024年度有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎獲獎名單。秦明禮教授主持完成的“高品質(zhì)氮化鋁粉體產(chǎn)業(yè)化與應(yīng)用”項目獲有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎（發(fā)明）。該項目針對高品質(zhì)氮化鋁粉體及其高導(dǎo)熱制品制備技術(shù)長期被西方國家壟斷的現(xiàn)狀，開展了氮化鋁粉體制備、組織性能調(diào)控與產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)創(chuàng)新研究，攻克了氮化鋁粉體工業(yè)化生產(chǎn)過程中多指標(biāo)協(xié)同調(diào)控和制品近終形制造的難題，解決了我國高品質(zhì)氮化鋁粉體及高導(dǎo)熱制品的卡脖子問題，實現(xiàn)了自主化。
項目授權(quán)發(fā)明專利46項，實用新型專利30項，發(fā)表論文62篇。建成國內(nèi)最大（600噸/年）的高品質(zhì)氮化鋁粉體生產(chǎn)線，結(jié)束了中國高品質(zhì)氮化鋁粉體與高導(dǎo)熱氮化鋁制品長期依賴進(jìn)口的歷史。產(chǎn)品成功應(yīng)用于新能源裝備IGBT功率模塊、半導(dǎo)體裝備靜電卡盤和加熱器、高精度導(dǎo)航陀螺儀、電動賽車高性能電機(jī)等，支撐了新能源汽車、高鐵動車、5G通信、國防等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，取得了顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益。
氮化鋁具有多種突出的優(yōu)異物理性能，如高的擊穿場強(qiáng)、熱導(dǎo)率、電阻率等，在半導(dǎo)體領(lǐng)域中一直備受關(guān)注，其在半導(dǎo)體行業(yè)中扮演著越來越重要的角色。
01.靜電吸盤“優(yōu)選”材料
靜電卡盤又稱為靜電吸盤（ESC），是半導(dǎo)體設(shè)備中價值比較高的部件之一，是一種半導(dǎo)體工藝中的硅片夾持工具，利用靜電吸附原理來固定硅片。
靜電卡盤結(jié)構(gòu)剖視圖
目前，靜電吸盤廣泛應(yīng)用于集成電路制造工藝中，特別是刻蝕、PVD、CVD等核心工藝中。靜電吸盤按照主體材質(zhì)劃分，可分為氧化鋁陶瓷和氮化鋁陶瓷兩大類。陶瓷材料具有良好的導(dǎo)熱性，耐磨性及高硬度，且對比金屬材料在電絕緣性方面有著先天的優(yōu)勢。氧化鋁材料熱導(dǎo)率及相關(guān)機(jī)械性能均不及氮化鋁陶瓷，在半導(dǎo)體加工中，對硅片的溫度控制相當(dāng)重要，如果無法保證硅片表面的均溫，則在對硅片的加工過程中將無法確保加工的均勻性，加工精度將受到極大的影響，因此行業(yè)內(nèi)更偏向于以氮化鋁陶瓷作為靜電吸盤的最優(yōu)制造材料。
02.備受陶瓷加熱器青睞的材料
與靜電吸盤不同，陶瓷加熱器是半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備中的關(guān)鍵組件，它直接應(yīng)用于工藝腔體中，與晶圓直接接觸，不僅承載晶圓，還確保晶圓獲得穩(wěn)定、均勻的工藝溫度。這一特性對于在晶圓表面進(jìn)行高精度反應(yīng)并生成均勻薄膜至關(guān)重要。
通常，陶瓷加熱器包括上面具有晶圓載放面的陶瓷基體和在背面對其提供支承的圓筒形的支持體，在陶瓷基體的內(nèi)部或表面，除了設(shè)置有用于加熱的電阻發(fā)熱體電路，還設(shè)置有RF電極及靜電卡盤用電極等導(dǎo)電體。
陶瓷加熱器，來源：NGK
薄膜沉積設(shè)備由于涉及到高溫環(huán)境，通常采用以氮化鋁（AlN）為主的陶瓷材料。氮化鋁（AlN）陶瓷加熱器在半導(dǎo)體制造中之所以受到青睞，主要得益于其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)。氮化鋁不僅具有高導(dǎo)熱性，能夠在短時間內(nèi)實現(xiàn)快速升溫和降溫，還具有良好的電絕緣性和機(jī)械強(qiáng)度，確保了加熱器的穩(wěn)定性和可靠性。此外，氮化鋁的熱膨脹系數(shù)與硅相近，這有助于減少熱應(yīng)力對晶圓的影響，提高工藝良率。
通常而言，陶瓷加熱器主要用于薄膜沉積設(shè)備，由于涉及高溫制程，采用的陶瓷材料主要為氮化鋁；靜電卡盤主要用于刻蝕設(shè)備，采用的陶瓷材料主要為氧化鋁。隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，陶瓷加熱器和靜電卡盤存在交叉，比如某公司生產(chǎn)的應(yīng)用于薄膜沉積設(shè)備的某款陶瓷加熱器帶有靜電卡盤，具備高溫加熱和靜電吸附雙重功能，而用于刻蝕設(shè)備的靜電卡盤也開始涉及高溫制程，陶瓷材料就要從氧化鋁轉(zhuǎn)變?yōu)榈X。
03.最“熱”的基板材料
AlN有很高的熱導(dǎo)率，理論值達(dá)到320W/(m·K)，是Al2O3的7-10倍，憑借如此高的“散熱基因”，氮化鋁自然成為了高效散熱需求領(lǐng)域的重點(diǎn)關(guān)注對象。
AlN粉體和AlN陶瓷基板
AlN陶瓷理論熱導(dǎo)率很高，其商用產(chǎn)品熱導(dǎo)率也可達(dá)到為180W/(m·K)~260W/(m·K)，熱膨脹系數(shù)只有氧化鋁陶瓷的50%，此外還具有絕緣強(qiáng)度高、介電常數(shù)低、耐腐蝕性好等優(yōu)勢。除了成本較高外，氮化鋁陶瓷綜合性能均優(yōu)于氧化鋁陶瓷，是一種非常理想的電子封裝基片材料，尤其適用于導(dǎo)熱性能要求較高的領(lǐng)域。
目前AlN基板在功率半導(dǎo)體器件、混合集成功率電路、通信行業(yè)中的天線、固體繼電器、功率LED、多芯片封裝（MCM）等領(lǐng)域中的應(yīng)用需求量日趨增長。其終端市場則面向汽車電子、LED、軌道交通、通訊基站、航空航天和軍事國防等。
小結(jié)
氮化鋁（AlN）陶瓷屬于先進(jìn)半導(dǎo)體材料及芯片制造和封裝材料，是我國關(guān)鍵戰(zhàn)略材料中不可或缺的一部分。高品級粉體是制備高性能 AlN陶瓷的基礎(chǔ)，是AlN行業(yè)的基石，掌握了高性能氮化鋁粉的生產(chǎn)技術(shù)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展才能“快人一步”。
來源：
微納研究所：【微納加工】陶瓷加熱器在薄膜沉積中的關(guān)鍵作用
華西證券股權(quán)專家：氮化鋁陶瓷材料在半導(dǎo)體領(lǐng)域的運(yùn)用現(xiàn)狀
國海證券：先進(jìn)陶瓷材料性能優(yōu)異，半導(dǎo)體應(yīng)用壁壘較高
中鋁集團(tuán)、中國粉體網(wǎng)、企業(yè)官網(wǎng)、IntelMining智能礦業(yè)、北京科技大學(xué)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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