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

在實際應用中，對于氮化鋁陶瓷基板除了要求具有高熱導率,、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,，嚴重限制了氮化鋁陶瓷基板的推廣應用,，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材料尚達不到高導熱、高強度的應用要求,。

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)并提高熱導率,，使制備的氮化鋁陶瓷基板兼具高熱導率和高抗彎強度。

在氮化鋁陶瓷燒結(jié)體配方體系中，當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熱導率低（約9 W/（m·K）），嚴重影響燒結(jié)后氮化鋁陶瓷產(chǎn)品的熱導率,。當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)量分數(shù)為1.33 ~ 3.5wt%,，含Ca化合物的質(zhì)量分數(shù)為0.4 ~ 1.33wt%，含Li化合物的質(zhì)量分數(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)品類型應對不同應用場景需求,，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,，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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