氮化铝是一种具有六方氮化硼结构的共价化合物。氮化铝具有一系列优良特性:
- 导热性能优异,
- 电绝缘性能可靠,
- 介电常数低,
- 介电损耗小,
- 无毒,
- 具有与硅相匹配的热膨胀系数。
氮化铝由于具有优异的导热性能和与硅相匹配的热膨胀系数,已成为电子领域备受关注的材料。
ALN材料不仅是新一代散热基板和电子器件封装的理想材料,而且可以用于热交换器、压电陶瓷及薄膜、导热填料等,具有广阔的应用前景。
AlN的晶体结构决定了它优异的导热性能和绝缘性能。根据《氮化铝陶瓷的流延成型及烧结体性能研究》的研究,由于组成AlN分子的两种元素原子量较小,晶体结构比较简单,谐调性好,形成的Al-N键键长短、键能较大,共价键的共振有利于声子传热机制,使得AlN材料在导热性能上优于一般的非金属材料。此外,AlN具有高熔点、高硬度和高热导率,以及更好的介电性能。
据《影响AlN陶瓷热导率及抗弯强度因素研究新进展》研究显示,AlN由于热膨胀系数与Si高度匹配而受到广泛关注,而传统衬底材料Al2O3由于热导率低,其值约为AlN陶瓷的1/5,且线膨胀系数与Si不匹配,已不能满足实际需要,而BeO、SiC陶瓷衬底的热导率也较高,但SiC的绝缘性较差。AlN作为一种新型高导热陶瓷材料,有望成为电子工业中替代Al2O3、SiC、BeO作为陶瓷衬底的优良材料。
属性 | 单位 | ALN | AL2O3 | BEO | SIC |
密度 | g/cm3 | 3.26 | 3.6 | 2.85 | 3.12 |
弯曲强度 | MPa | 300-500 | 300-400 | 170-250 | 350-450 |
比热 | J / (g·K) | 0.75 | 0.75 | 1.046 | – |
热导率(20℃) | W / (m·K) | 170-220 | 20-35 | 220-270 | 50-270 |
电阻率(20℃) | Ω·cm | 8.8 | 9.3 | 6.7 | 40 |
莫氏硬度 | Gpa | 9 | 9 | 9 | 9.2-9.5 |
半导体和新能源市场对AlN需求增长刺激极大。
氮化铝陶瓷由于具有多方面优异的性能,被广泛应用于民用和军用领域。5G时代、新能源汽车时代、人工智能时代的到来,在散热基板、电子设备封装等诸多应用领域对氮化铝陶瓷的需求也随之增加。
全球陶瓷基板市场蓬勃发展,市场规模稳步增长。 AlN陶瓷材料可用作覆铜基板材料、电子封装材料、超高温器件封装材料、大功率器件平台材料、高频器件材料、传感器薄膜材料、光电子器件材料、涂层及功能增强材料等。根据Maxmize Market Research报告,全球陶瓷基板市场规模预计2029年将达到109.6亿美元,年均复合增长率为增长率约为6.57%。