国家标准计划《氮化铝陶瓷粉体》由 TC194(全国工业陶瓷标准化技术委员会)归口 ,主管部门为中国建筑材料联合会。
主要起草单位 厦门钜瓷科技有限公司 。
81 玻璃和陶瓷工业 |
81.060 陶瓷 |
81.060.30 高级陶瓷 |
随着电子电器行业朝高功率、高集成度、器件微型化、节能、环保方向发展,电路工作时产生的热量增加,传统的树脂基板与氧化铝陶瓷基板由于导热性能差,不能满足器件散热的需要。
氮化铝属于典型的第三代半导体材料,被认为是新一代散热基板和电子器件封装的理想材料。
氮化铝的热导率是氧化铝的十倍左右,具有良好的绝缘性、低的介电常数和介电损耗、低热膨胀系数、良好的化学稳定性和环保无毒等优点,与其他几种陶瓷材料相比较,氮化铝具有优异的综合性能,尤其是其出色的导热性能,非常适用于半导体基片和结构封装材料,在电子工业中的应用潜力非常大。
高性能氮化铝粉体是制备高热导率氮化铝陶瓷基片的关键,氮化铝陶瓷的质量,拼的就是粉体的质量。
2017年6月工信部明确把氮化铝材料列为国家《关键战略材料》。
根据《2023年国家标准立项指南》的指导,在关键基础材料领域,重点支持制定相关标准。
氮化铝作为高性能陶瓷材料的基础材料,目前缺乏相应的标准对国内生产企业进行指导和要求,整个氮化铝生产行业对产品生产缺乏依据,对产品检验缺少依据。
目前应用于国防工业及航空航天领域的复杂形状氮化铝陶瓷精密器件已大量使用,保守估计年需求100多吨左右,预计未来需求将以每年20%以上的速度增长,作为导热材料,随着新能源汽车与智能互联行业的发展,IGBT模块作为HEV/EV、充电桩的核心部件,2020年使用IGBT数量超过2000万只,氮化铝陶瓷基板数量需求为2000吨,高品级氮化铝粉末需求为2500吨;5G时代对光通讯组件、射频组件的需求强劲,相关组件需求达到10亿件,整个氮化铝陶瓷基板需求将达到3000吨,高品级氮化铝粉末需求3800吨。
根据半导体微电子、功率器件协会和汽车工业协会公布的数据预测AlN全球市场规模超过1000亿元。
国内低品级氮化铝粉末产量为400吨~500吨,高品级粉体产量则更少,大量依赖进口,高品级粉体基本被日本德山(tokuyama soda)公司垄断。
自中美贸易战以来,日本企业对我国实施了销售限制,从而导致国内很多企业买不到氮化铝粉体。
根据旭光电子公告,2021年我国氮化铝粉体需求量约为3400吨,供需缺口为2200吨。
预计未来几年,中国氮化铝粉体需求量将保持15%左右的增速,到2025年需求量约5600吨,供应缺口达到3100吨。
由于氮化铝材料制作工艺比较复杂、能耗高、周期长、价格昂贵、生产成本较高,缺乏有效的标准进行指导,造成国内氮化铝产量不能满足市场需求,制定氮化铝粉末的标准,不仅能规范行业,更能共享经验,提高整个行业的水平,加快国内市场氮化铝粉体国产化替代进口的脚步,打破国外垄断,与垄断企业在国际上竞争。
厦门钜瓷目前制备的微米级氮化铝粉末,其粒度为D50:0.98~1.21μm,氧含量低于0.85%,杂质含量Fe、Si、Ca等小于200ppm.达到国际先进水平;制备的纳米级氮化铝粉末,其粒度为80~110nm,氧含量低于1.1%,杂质含量Fe、Si、Ca等小于200ppm.达到国际领先水平,实现了三维复杂形状氮化铝陶瓷器件的精密成形,尺寸精度达到±3‰;实现氮化铝陶瓷器件微型化,壁厚最薄为0.2mm,最小零件单重0.02克;氮化铝陶瓷抗弯强度高于380MPa,绝缘强度大于18KV/mm,硬度≥HRA88,热膨胀系数3.8~4.5×10-6.k-1;热导率达到248W.M-1.K-1.为世界文献报道最高水平。
氮化铝高纯粉末分为微米级与纳米级,微米级粉末应用于氮化铝陶瓷基板,散热器,微波器件的原料,以及导热树脂填料。纳米级氮化铝粉末主要作为AlN纳米无机陶瓷车用润滑剂及抗磨剂,以及微注射成形零件原材料。 标准旨在规定高纯度微米级氮化铝粉体材料的要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存等。