中國粉體網(wǎng)訊 隨著微電子技術的飛速發(fā)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(fā)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”，在新能源汽車領域中甚至可取代氧化鋁基板，應用前景廣闊。
氮化鋁在新能源汽車中的應用
IGBT用氮化鋁陶瓷基板
在新能源汽車“新四化”的浪潮下，對于高壓大功率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)異的導熱性能，使得其成為電力電子領域功率模塊封裝中不可或缺的關鍵基礎材料。
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：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熱性，熱導率可以達到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，不會造成對芯片的應力損傷，氮化鋁陶瓷基板抗剝力>20N/mm2，具有優(yōu)秀的機械性能，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，如果無法及時散熱，會導致亮度衰減加快，這時候就得看LED散熱基板的性能是否給力了。氮化鋁陶瓷基板具有高導熱率、優(yōu)良的絕緣性及與燈珠更匹配的熱膨脹技術等一系列優(yōu)點，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鍵在于粉體制備
氮化鋁粉體制備技術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%，這三種方法也是實現(xiàn)了工業(yè)化應用的方法。這些方法技術相對成熟，設備需求較為簡單，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雜，生產(chǎn)能耗較高，同時存在一定的安全風險，這些因素都制約了氮化鋁在大規(guī)模商業(yè)化應用方面的發(fā)展。
國內(nèi)氮化鋁粉體制備技術在高品質(zhì)方面與國外相比存在差距，無論是品質(zhì)還是穩(wěn)定性。目前市場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份額的75%）、東洋鋁業(yè)、德國Starck以及美國DOW化學等供應，這些產(chǎn)品的純度可達99.9%。在能夠量產(chǎn)高質(zhì)量配方粉體的企業(yè)數(shù)量上，國內(nèi)現(xiàn)有很少（目前已有兩家企業(yè)進入了配方粉體導入階段）。
國內(nèi)AlN產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，國產(chǎn)替代空間巨大
隨著半導體和新能源行業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)界對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演進。雖然目前國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)值占比仍較低，但預示著未來國產(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，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燒結爐，早期這些設備必須從日本進口，每臺價格高達600萬，直到2015年，國內(nèi)才攻克了這一技術難題。如今，國內(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，有望改變長期依賴進口高性能陶瓷基板的局面。
氮化鋁陶瓷基板市場目前的規(guī)模約為10億元，自2019年至2022年，國內(nèi)氮化鋁陶瓷基板市場的復合增長率超過20%。隨著下游領域，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，氮化鋁的應用范圍將進一步擴大。根據(jù)行業(yè)專家的預測，未來幾年，氮化鋁陶瓷基板市場空間的增長速度將保持在20%以上，按此增長速率計算，到2026年，氮化鋁陶瓷基板市場規(guī)模有望達到20億元。
由此，2023年9月12日，中國粉體網(wǎng)在合肥舉辦“第一屆電動車用陶瓷材料技術研討會”。合肥工業(yè)大學材料科學與工程學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汽車領域應用》的報告。魏鑫博士將會詳細講述氮化鋁粉體的制備技術及其在新能源汽車中的應用。
參考來源：
半導體在線：陶瓷基板產(chǎn)業(yè)投資機會分析
張爽等：氮化鋁粉體制備國內(nèi)專利技術分析
范華樂：氮化鋁填充電子灌封膠
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權告知刪除
