中国粉体网讯 随着微电子技术的飞速发展，电子整机和电子元器件正朝微型化、轻型化、集成化，以及高可靠性和大功率输出等方向发展，越来越复杂的器件对基板和封装材料的散热提出了更高要求，自此，拥有高导热性能的氮化铝基板成为了散热基板领域的“明星材料”，在新能源汽车领域中甚至可取代氧化铝基板，应用前景广阔。
氮化铝在新能源汽车中的应用
IGBT用氮化铝陶瓷基板
在新能源汽车“新四化”的浪潮下，对于高压大功率IGBT模块的需求也日渐迫切。高压大功率的IGBT模块技术门槛较高，难度较大，且要求封装材料散热性能好、可靠性高、载流量更大，陶瓷覆铜基板优异的导热性能，使得其成为电力电子领域功率模块封装中不可或缺的关键基础材料。
陶瓷覆铜基板，来源：富乐华
相比Al2O3陶瓷基板和Si3N4陶瓷基板，AlN陶瓷基板具有这些优势：使用AlN陶瓷基板作为芯片的承载体，可以将芯片与模块散热底板隔离开，基板中间的AlN陶瓷层可有效提高模块的绝缘能力（陶瓷层绝缘耐压>2.5KV），而且氮化铝陶瓷基板具有良好的导热性，热导率可以达到170-260W/m·K。这些优异的性能都使得氮化铝覆铜板成为高压IGBT模块封装的首选。
此外，AlN陶瓷基板膨胀系数同硅相近，不会造成对芯片的应力损伤，氮化铝陶瓷基板抗剥力>20N/mm2，具有优秀的机械性能，耐腐蚀，不易发生形变，可以在较宽温度范围内使用，提高了高压IGBT模块的可靠性。
LED大灯用氮化铝
汽车LED大灯的工作温度是极其高的，如果无法及时散热，会导致亮度衰减加快，这时候就得看LED散热基板的性能是否给力了。氮化铝陶瓷基板具有高导热率、优良的绝缘性及与灯珠更匹配的热膨胀技术等一系列优点，用于大功率的大灯是再好不过的选择了。而且不光是汽车大灯，氮化铝陶瓷基板在汽车上的应用还有很多，如各种传感器及智能汽车的各种大功率模块等，前景可谓是一片大好。
来源：pixabay
高性能的氮化铝陶瓷关键在于粉体制备
氮化铝粉体制备技术可以分为直接氮化法、碳热还原法、自蔓延法、等离子体法、化学气相法、溶液法和高能球磨法。
氮化铝粉体制备常用方法
其中，碳热还原法独占鳌头，占了将近五成的比例，其次是直接氮化法和自蔓延法，分别为26%和12%，这三种方法也是实现了工业化应用的方法。这些方法技术相对成熟，设备需求较为简单，产出品的纯度也较高。然而，这些工艺涉及的配方和步骤较为复杂，生产能耗较高，同时存在一定的安全风险，这些因素都制约了氮化铝在大规模商业化应用方面的发展。
国内氮化铝粉体制备技术在高品质方面与国外相比存在差距，无论是品质还是稳定性。目前市场上的氮化铝粉体主要由日本德山（占全球高纯氮化铝粉体市场份额的75%）、东洋铝业、德国Starck以及美国DOW化学等供应，这些产品的纯度可达99.9%。在能够量产高质量配方粉体的企业数量上，国内现有很少（目前已有两家企业进入了配方粉体导入阶段）。
国内AlN产业发展迅猛，国产替代空间巨大
随着半导体和新能源行业的发展，产业界对大功率电力电子芯片、光芯片等封装散热提出更高要求，陶瓷基板正处在从氧化铝向氮化铝、氮化硅等方向的技术演进。虽然目前国内企业产值占比仍较低，但预示着未来国产替代空间大。
目前，全球氮化铝基板的生产主要由少数厂家垄断，其中日本是最大的出口国，主要核心厂商包括丸和和京瓷等。制造氮化铝基板需要高温烧结炉，早期这些设备必须从日本进口，每台价格高达600万，直到2015年，国内才攻克了这一技术难题。如今，国内涌现出一批具备大规模氮化铝基板生产能力的企业，其中龙头企业的产能已经超过50万片/月，逐步接近日本丸和的水平。随着高品质氮化铝基板生产能力的不断提高，有望改变长期依赖进口高性能陶瓷基板的局面。
氮化铝陶瓷基板市场目前的规模约为10亿元，自2019年至2022年，国内氮化铝陶瓷基板市场的复合增长率超过20%。随着下游领域，如大规模集成电路、IGBT、微波通讯、汽车电子和影像传感等产业的迅猛发展，以及电子器件功率不断提高，氮化铝的应用范围将进一步扩大。根据行业专家的预测，未来几年，氮化铝陶瓷基板市场空间的增长速度将保持在20%以上，按此增长速率计算，到2026年，氮化铝陶瓷基板市场规模有望达到20亿元。
由此，2023年9月12日，中国粉体网在合肥举办“第一届电动车用陶瓷材料技术研讨会”。合肥工业大学材料科学与工程学院魏鑫博士将带来题为《高性能氮化铝陶瓷研究及其在电动汽车领域应用》的报告。魏鑫博士将会详细讲述氮化铝粉体的制备技术及其在新能源汽车中的应用。
参考来源：
半导体在线：陶瓷基板产业投资机会分析
张爽等：氮化铝粉体制备国内专利技术分析
范华乐：氮化铝填充电子灌封胶
（中国粉体网编辑整理/空青）
注：图片非商业用途，存在侵权告知删除
