中國粉體網(wǎng)訊 隨著微電子技術(shù)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(fù)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(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：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(yīng)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(dǎo)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(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,，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(yīng)用的方法,。這些方法技術(shù)相對成熟，設(shè)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(fù)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(yīng)用方面的發(fā)展。
國內(nèi)氮化鋁粉體制備技術(shù)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(yīng),，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(dǎo)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(dǎo)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(shù)演進,。雖然目前國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)值占比仍較低，但預(yù)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(jié)爐，早期這些設(shè)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(shù)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(fù)合增長率超過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)用范圍將進一步擴大,。根據(jù)行業(yè)專家的預(yù)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(shù)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(lǐng)域應(yīng)用》的報告,。魏鑫博士將會詳細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)投資機會分析
張爽等：氮化鋁粉體制備國內(nèi)專利技術(shù)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(quán)告知刪除
