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一文了解氮化铝陶瓷的应用

氮化铝(Aluminum Nitride,AlN)是一种六方晶系钎锌矿型结构形态的共价键化合物,具有优良的热导性、可靠的电绝缘性、低的介电常数和介电损耗、无毒以及与硅相匹配的热膨胀系数等一系列优良特性,在电力电子、航空航天、国防军事、汽车和机车、通讯以及其它工业领域均具有广泛的应用前景。


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图  氮化铝结构示意图


氮化铝除了是新一代散热基板和电子器件封装的理想材料,还可用于热交换器、坩埚、保护管、浇注模具、半导体静电卡盘、压电陶瓷及薄膜、导热填料等。


氮化铝的主要应用方向:


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1. 散热基板及电子器件封装


氮化铝陶瓷具有优异的导热性能,热胀系数接近硅,机械强度高,化学稳定性好而且环保无毒,被认为是新一代散热基板和电子器件封装的理想材料,非常适合于混合功率开关的封装以及微波真空管封装壳体材料,同时也是大规模集成电路基片的理想材料,这也是AlN陶瓷的主要用途。



图   陶瓷基板,来源丸和


2. 热交换器件


氮化铝陶瓷热导率高、热膨胀系数低,导热效率和抗热冲击性能优良,可用作理想的耐热冲和热交换材料,例如氮化铝陶瓷可以作为船用燃气轮机的热交换器材料和内燃机的耐热部件。由于氮化铝材料的优良导热性能,有效提高了热交换器的传热能力。


3. 功能材料


作为第三代半导体材料之一的氮化铝,具有宽带隙、高热导率、高电阻率、良好的紫外透过率、高击穿场强等优良性能。所以氮化铝可用于制造能够在高温或者存在一定辐射的场景下使用的高频大功率器件,如高功率电子器件、高密度固态存储器等。


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图源:奥趋光电


AlN的禁带宽度为6.2 eV,极化作用较强,在机械、微电子、光学以及声表面波器件(SAW)制造、高频宽带通信等领域都有应用,如氮化铝压电陶瓷及薄膜等。另外,高纯度的AlN陶瓷是透明的,具有优良的光学性能,再结合其电学性能,可制作红外导流罩、传感器等功能器件。


4.惰性耐热材料


氮化铝可在2000℃非氧化气氛下,仍具有稳定的性能,是一种优良的高温耐火材料,抗熔融金属侵蚀的能力强,可用其作坩埚、保护管、浇注模具等。


5. 结构陶瓷


氮化铝结构陶瓷的机械性能好,硬度高,韧性好于Al2O3陶瓷,并且耐高温耐腐蚀。利用AIN陶瓷耐热耐侵蚀性,可用于制作坩埚、Al蒸发皿、半导体静电卡盘等高温耐蚀部件。


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图  氮化铝静电卡盘,来源:NTK


6. 填充材料


氮化铝具有优良的电绝缘性,高导热,介电性能良好,与高分子材料相容性好,是电子产品高分子材料的优秀添加剂,可用于TIM 填料、FCCL 导热介电层填料,广泛应用于电子器件的热传递介质,进而提高工作效率,如CPU与散热器填隙、大功率三极管和可控硅元件与基材接触的细缝处的热传递介质。


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目前,氮化铝陶瓷粉体的生产技术壁垒较高,产能较少,高性能氮化铝陶瓷粉体技术主要掌握在国外企业手中,我国氮化铝进口依赖大,然近年来国内企业加大研发投入,国产替代成趋势。国外氮化铝粉体生产企业有日本德山、丸和、东洋铝业、东洋炭素等;国内有艾森达、鹏程陶瓷、秦氏新材料、钜瓷、臻璟、竹路、山东国瓷、中铝山东、亚美纳米、旭瓷、同立高科、中天利、锦艺新材料、上海寇霆、德盛、开尔纳米、雅安百图、柯佳源、宁夏新合源、北京矽瓷、合肥艾嘉等。




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