氮化鋁陶瓷，最理想的基板材料

目前，國內(nèi)外LED行業(yè)

正在向高效率、高密度、大功率等方向發(fā)展

開發(fā)性能優(yōu)越的散熱材料

是增加LED發(fā)光效率和使用壽命的重要工藝

今日了解陶瓷基板材料——氮化鋁陶瓷

一般來說，LED發(fā)光效率和使用壽命會(huì)隨結(jié)溫的增加而下降，當(dāng)結(jié)溫達(dá)到125℃以上時(shí)，LED甚至?xí)霈F(xiàn)失效。為使LED結(jié)溫保持在較低溫度下，必須采用高熱導(dǎo)率、低熱阻的散熱基板材料和合理的封裝工藝，以降低LED總體的封裝熱阻。

氮化鋁陶瓷具有高熱導(dǎo)率、高強(qiáng)度、高電阻率、密度小、低介電常數(shù)、無毒、以及與Si相匹配的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)異性能，將逐步取代傳統(tǒng)大功率LED基板材料，成為今后最具發(fā)展前途的一種陶瓷基板材料。

1、定義

氮化鋁陶瓷 (Aluminium Nitride Ceramic)是以氮化鋁(AIN)為主晶相的陶瓷。是一種綜合性能優(yōu)良的新型陶瓷材料，被認(rèn)為是新一代半導(dǎo)體和電子器件封裝的理想材料。

2、性能

氮化鋁陶瓷綜合性能優(yōu)良，理論熱導(dǎo)率為320W/（m），具有優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性，可靠的電絕緣性，低介電常數(shù)和損耗，無毒以及與硅相匹配的熱膨脹系數(shù)。

圖1

3、制備工藝

氮化鋁陶瓷的制備包括粉體制備、成型和燒結(jié)3個(gè)過程。

圖2

4、產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)

圖3

5、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用

（1）氮化鋁粉末純度高，粒徑小，活性大，是制造高導(dǎo)熱氮化鋁陶瓷基片的主要原料。

（2）氮化鋁陶瓷基片，熱導(dǎo)率高，膨脹系數(shù)低，強(qiáng)度高，耐高溫，耐化學(xué)腐蝕，電阻率高，介電損耗小，是理想的大規(guī)模集成電路散熱基板和封裝材料。

（3）氮化鋁硬度高，超過傳統(tǒng)氧化鋁，是新型的耐磨陶瓷材料，但由于造價(jià)高，只能用于磨損嚴(yán)重的部位。

（4）利用AIN陶瓷耐熱耐熔體侵蝕和熱震性，可制作GaAs晶體坩堝、Al蒸發(fā)皿、磁流體發(fā)電裝置及高溫透平機(jī)耐蝕部件，利用其光學(xué)性能可作紅外線窗口。氮化鋁薄膜可制成高頻壓電元件、超大規(guī)模集成電路基片等。

（5）氮化鋁耐熱、耐熔融金屬的侵蝕，對酸穩(wěn)定，但在堿性溶液中易被侵蝕。AIN新生表面暴露在濕空氣中會(huì)反應(yīng)生成極薄的氧化膜。利用此特性，可用作鋁、銅、銀、鉛等金屬熔煉的坩堝和燒鑄模具材料。AIN陶瓷的金屬化性能較好，可替代有毒性的氧化鈹瓷在電子工業(yè)中廣泛應(yīng)用。

雖然國內(nèi)氮化鋁產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到一定規(guī)模，但是氮化鋁粉體質(zhì)量不高，在氮化鋁粉制備方面還存在很大差距，高性能氮化鋁分基本靠進(jìn)口，部分企業(yè)雖然宣稱能夠投產(chǎn)，但是并無實(shí)際產(chǎn)量或者產(chǎn)量很低。

圖4

隨著氮化鋁粉體項(xiàng)目投產(chǎn)以及產(chǎn)能利用率提高，預(yù)計(jì)2020年中國氮化鋁產(chǎn)能達(dá)到1000噸左右。

圖5

近年來，隨著我國電子行業(yè)發(fā)展，氮化鋁市場需求量快速增加，年均增長率達(dá)到50%，預(yù)計(jì)未來幾年，中國對氮化鋁粉體的需求還將保持30%的增長率，預(yù)計(jì)2020年，中國氮化鋁粉體的市場需求達(dá)到3000噸。

圖6