中國粉體網訊 1862年，F.Birgeler和A.Geuhter首次發現了氮化鋁，兩位科學先驅或許沒有想到，這種新材料將會在一百年后煥發怎樣的光芒。
20世紀70年代，隨著研究的不斷深入，氮化鋁的制備工藝日趨成熟，其應用范圍也不斷擴大。21世紀后，隨著微電子技術的飛速發展，電子整機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展，越來越復雜的器件對基板和封裝材料的散熱提出了更高要求，自此，擁有高導熱性能的氮化鋁基板成為了散熱基板領域的“明星材料”。
通過自主創新，實現“卡脖子技術的突破”
一直以來，我國陶瓷基板生產企業規模較小，研發投入資金有限，技術人員較少且經驗不足，導致我國陶瓷基板行業整體水平較低，以中低端產品為主，產品缺乏競爭力，尤其是高性能、大尺寸氮化鋁薄基板依賴于進口。日本有多家企業研發和生產氮化鋁陶瓷基板，是全球最大的氮化鋁陶瓷基板生產國，主要研發生產氮化鋁陶瓷基板產品的公司包括京瓷、日本特殊陶業、住友金屬工業、富士通、東芝、日本電氣等。由于特殊技術要求，加上設備投資大、制造工藝復雜，高性能、大尺寸氮化鋁陶瓷基板核心制造技術被日本等國家的幾個大公司掌控。
正天新材氮化鋁薄基板產品
成立于2017年的浙江正天新材料科技有限公司（以下簡稱“正天新材”）通過自主創新，掌握了流延、裁切、沖片、燒結及后道CNC、研磨、拋光、激光切割等完整加工鏈核心技術，開發出了LED封裝用基板、半導體用基板、薄膜電路基板等不同用途的氮化鋁基板產品，在高性能、大尺寸氮化鋁陶瓷基板方面實現了重要突破。
聚焦最具應用潛力的基板材料
成功的創業至少包括兩個因素，眼光和實力。
正天新材之所以將目光鎖定在氮化鋁身上，是因為氮化鋁蘊藏著巨大的潛在應用價值。目前應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。長期以來，絕大多數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基板的熱導率低，熱膨脹系數和 Si 不太匹配，無法滿足高功率大電壓器件發展要求，只適用于對散熱要求較低的工作環境；BeO 雖然具有優良的綜合性能，但其較高的生產成本和粉末含有劇毒的缺點限制了它的應用推廣；SiC由于其具有較高的介電損耗和較低的擊穿電壓，不利于應用在高頻高壓的工作環境中。
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，據了解，正天新材生產的氮化鋁陶瓷基板熱導率可高達180W/(m·K)以上，這十分有利于LED中熱量散發，提高LED性能；抗彎強度450MPA以上，機械性能較好；熱膨脹系數達3.4×10-6/K，與LED常用材料Si、GaAs的熱膨脹系數相近，變化規律也與Si的熱膨脹系數的規律相似；同時還具有高電阻率、密度小、低介電常數、無毒等優異性能，將逐步取代傳統大功率 LED 基板材料，是一種極具發展前景的陶瓷基板材料。
正天新材氮化鋁陶瓷基板產品性能
即燒型工藝——以創新謀突破
氮化鋁陶瓷基板行業門檻較高，研發生產過程較為復雜繁瑣，例如流延成型過程中漿料制備、工藝參數的控制以及燒結過程中燒結方式的選擇、燒結溫度的控制、燒結助劑的添加、燒結氣氛的控制等，均是需要逐一攻克的關鍵環節。
在工藝方面，正天新材創新性的采用即燒型工藝，所謂即燒型是指通過先進設備、先進的燒結工藝達到表面光滑平整，無需后期研磨。這樣就避免了研磨過程中暗裂紋的產生，不容易破碎，據部分客戶使用回饋，即燒型的基板在使用過程中，除去人工破壞之外，破碎率為“零”。
在設備方面，正天新材擁有成套自動化設備，擁有從流延、裁切、等靜壓、熱切、排膠、燒結等成套設備技術經驗，可實現全自動化生產。
車間一角
突破“大尺寸”行業難題
對陶瓷基板而言，“大尺寸薄片”是一個行業難題，這是因為隨著尺寸的加大，曲翹、開裂等現象也隨之出現。憑借先進的工藝與設備，正天新材在攻克大尺寸氮化鋁基板方面已經走在了行業前列，目前公司已開發出了Φ308mm*1.0mm等大尺寸、低曲翹度（≤200μm）的成熟穩定產品。
正天新材氮化鋁基板產品尺寸
據正天新材董總介紹，在IC行業，為了保證IC的制造質量，必須確保硅片在工藝設備之間的傳輸過程中保持絕對的平穩，同時還需保證硅片在加工載荷的作用下不會翹曲變形或偏移，這對硅片的夾持技術提出了嚴格的要求。同時，在半導體加工中，對硅片的散熱工作相當重要，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。靜電吸盤作為現代半導體工業中應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率及相關機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體的崛起與應用，半導體器件逐漸向大功率、小型化、集成化、多功能等方向發展，對封裝基板性能也提出了更高要求，盡管氮化鋁陶瓷基板價格遠高于其它種類基板，仍受到下游市場的高度認可，高性能氮化鋁陶瓷基板市場需求將出現井噴式增長。據相關報告顯示，2019年全球氮化鋁陶瓷基板市場總值達到了100億元左右，預計2026年可以增長到300億元左右，年復合增長率20%以上。
在目前我國半導體產業受到打壓的不利局面下，實現高性能、大尺寸氮化鋁基板的國產化替代對我國的半導體產業發展具有重要意義。正天新材通過自主創新掌握核心技術，突破了一系列“卡脖子”難題，開發出了可媲美國外廠家的高性能、大尺寸氮化鋁基板產品，在全面提升企業競爭能力的同時，也引領著行業走向全面國產替代的美好未來。
（中國粉體網編輯整理/山川）
注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除
