中国粉体网讯 2024年7月，旭光电子子公司成都旭瓷新材料有限公司最新获发“一种氮化铝陶瓷烧结体及其制备方法和氮化铝陶瓷基板”发明专利。本发明提供了一种氮化铝陶瓷烧结体，通过该氮化铝陶瓷烧结体制备的氮化铝陶瓷基板兼具高热导率和高抗弯强度，其中，抗弯强度大于500MPa，高于现有的氮化铝陶瓷产品。
烧结——氮化铝陶瓷基板实现“双高”的关键
在实际应用中，对于氮化铝陶瓷基板除了要求具有高热导率、高电绝缘性能外，很多领域还要求氮化铝陶瓷具有高抗弯强度。目前市面流通的氮化铝三点抗弯强度通常为400~500MPa，严重限制了氮化铝陶瓷基板的推广应用，尤其是对可靠度要求较高的IGBT功率器件领域。由于AlN材料制作工艺比较复杂，生产成本较高，目前大部分国产AlN材料尚达不到高导热、高强度的应用要求。
在氮化铝陶瓷基板制备中，选对烧结方式及烧结助剂往往事半功倍，制备中引入烧结助剂是目前氮化铝陶瓷烧结普遍采用的一种方法。一方面是形成低温共熔相，实现液相烧结，促进坯体致密化；另一方面是去除氮化铝中的氧杂质，完善晶格，提高热导率。目前，烧结AlN陶瓷使用的烧结助剂主要有Y2O3、CaO、Yb2O3、Sm2O3、Li2O3、B2O3、CaF2、YF3、CaC2等或它们的混合物。
旭瓷新材提供一种氮化铝陶瓷烧结体，该烧结体以Li2O、CaF2和Y2O3的复合烧结助剂作为氮化铝陶瓷烧结体的助剂，能够促进氮化铝陶瓷烧结过程的致密化，提高抗弯强度；通过减少氧元素的引入以及将Al2O3固结在晶界上终促进陶瓷的烧结并提高热导率，使制备的氮化铝陶瓷基板兼具高热导率和高抗弯强度。
在氮化铝陶瓷烧结体配方体系中，当Y2O3高于3.5wt%时，烧结过程中Y-Al-O含量明显增多且成团聚集，由于Y3Al5O12热导率低（约9 W/（m·K）），严重影响烧结后氮化铝陶瓷产品的热导率。当CaF2以及Li2O含量高于1.33wt%时，由于氟化物和含锂化合物的挥发，烧结过程中增加了氮化铝陶瓷烧结体的气孔率，降低了陶瓷致密程度，从而导致烧结后氮化铝陶瓷产品的抗弯强度急剧下降。而各添加剂小于最小值时，无法起到增强力学性能的效果或效果微乎其微。
旭瓷新材的制备方法经实验验证，以氮化铝纯粉计，含Y化合物的质量分数为1.33 ~ 3.5wt%，含Ca化合物的质量分数为0.4 ~ 1.33wt%，含Li化合物的质量分数为0.1 ~ 1.33wt%时，能够使制备的氮化铝陶瓷产品的抗弯强度和热导率快速提升。然后通过微波烧结可明显降低氮化铝陶瓷的烧结温度，提高致密程度，减少气孔率，解决现有氮化铝陶瓷烧结体抗弯强度不高，难以应用于高强度领域需求的问题，使制备的氮化铝陶瓷基板兼具高热导率和高抗弯强度。
氮化铝陶瓷基板市场需求大
氮化铝陶瓷因出色的热导性和电绝缘性成为新一代散热基板和电子器件封装的理想材料，已经在多个民用和军用领域得到了广泛应用。在5G、新能源汽车以及人工智能来临的大时代，上下游一体化布局成为氮化铝陶瓷基板企业提升竞争力的理性选择。根据Maxmize Market Research数据，2021年全球陶瓷基板市场规模达到65.9亿美元，预计2029年全球规模将达到109.6亿美元，年均增长率约6.57%。
氮化铝作为陶瓷基板的理想材料市场广阔，不同产品类型应对不同应用场景需求，其中以AMB、DBC、DPC、HTCC和结构件为主要产品类型。DPC受大功率LED市场青睐，AMB、DBC借IGBT之风，伴随新能源与电动车领域发展迅猛；HTCC因射频、军工领域拉动需求增长；氮化铝需求将持续受益于高速增长的半导体与新能源市场。
来源：国家知识产权局、成都旭光电子官微、中国粉体网
（中国粉体网编辑整理/空青）
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