氮化鋁陶瓷在新能源汽車的兩大主要應用領域

隨著微電子技術的快速發展，電子系統和元件正朝著小型化方向發展。 輕的 設計、整合、更高可靠性和更大功率輸出。裝置日益複雜，對基板和封裝材料的散熱性能提出了更高的要求。因此，以高導熱性著稱的氮化鋁（AlN）基板已成為散熱基板領域的「明星材料」。在新能源車領域，氮化鋁基板甚至可以取代氧化鋁基板，展現出廣闊的應用前景。

01 氮化鋁在新能源車的應用

用於IGBT的AlN陶瓷基板
在新能源汽車「新四現代化」浪潮的推動下，對高壓高功率IGBT模組的需求日益迫切。高壓高功率IGBT模組面臨較高的技術障礙和嚴峻的挑戰，需要採用散熱性能優異、可靠性高、載流能力強的封裝材料。陶瓷覆銅基板憑藉其卓越的導熱性能，已成為電力電子領域功率模組封裝中不可或缺的關鍵材料。

陶瓷覆銅基板
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與Al₂O₃和Si₃N₄陶瓷基板相比，AlN陶瓷基板具有以下優勢：使用AlN陶瓷基板作為晶片載體可將晶片與模組的散熱基板隔離。中間的AlN陶瓷層有效增強了模組的絕緣性能（陶瓷層絕緣耐壓>2.5 kV）。此外，氮化鋁陶瓷基板具有優異的導熱性能，導熱係數範圍為170–260 W/m·K。這些優異的性能使得氮化鋁覆銅基板成為高壓IGBT模組封裝的首選材料。

此外，氮化鋁陶瓷基板的熱膨脹係數與矽相近，可防止晶片受到應力損傷。氮化鋁陶瓷基板的剝離強度超過20 N/mm²，具有優異的機械性能、耐腐蝕性和極小的變形能力。它們可在寬廣的溫度範圍內使用，從而提高高壓IGBT模組的可靠性。

用於LED大燈的氮化鋁
汽車LED頭燈的工作溫度極高。如果熱量無法及時散發，亮度衰減就會加速。在這種情況下，LED散熱基板的性能至關重要。氮化鋁陶瓷基板具有高導熱性、優異的絕緣性以及與LED晶片更匹配的熱膨脹係數，是高功率頭燈的理想選擇。此外，氮化鋁陶瓷基板在汽車領域的應用遠不止於頭燈，還包括智慧汽車的各種感測器和高功率模組，展現出廣闊的應用前景。

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02 高性能氮化鋁陶瓷的關鍵在於粉末製備
氮化鋁粉末製備技術可分為直接氮化法、碳熱還原法、自蔓延高溫合成法（SHS）、等離子法、化學氣相沉積法、溶液法及高能球磨法。

氮化鋁粉末的常用製備方法
其中，碳熱還原法占主導地位，接近50%，其次是直接氮化法和自蔓延法，分別佔26%和12%。這三種方法都已工業化應用，技術相對成熟，所需設備較為簡單，且能產出高純度產品。然而，這些製程的配方和步驟較為複雜，能耗較高，且有一定的安全隱患，這些都限制了氮化鋁的大規模商業化應用。

國內氮化鋁粉末製備技術在品質和穩定性方面與國際標準存在差距。目前，全球氮化鋁粉末市場主要由日本德山化學（佔全球高純度氮化鋁粉末75%的市場份額）、東洋鋁業、德國斯塔克公司和美國陶氏化學等公司供應，產品純度可達99.9%。國內能夠大規模生產高品質配方粉末的企業寥寥無幾（目前僅有兩家企業進入配方粉末生產階段）。

03 國內氮化鋁產業快速發展，具有顯著的進口替代潛力
隨著半導體和新能源產業的發展，高功率電子晶片、光晶片等封裝對散熱的需求日益增長。陶瓷基板正從氧化鋁向氮化鋁發展。 氮化矽儘管國內企業目前市佔率相對較低，但這顯示未來進口替代潛力巨大。

目前，全球產量 氮化鋁基板 氮化鋁基板市場由少數幾家製造商主導，其中日本是最大的出口國。主要核心製造商包括丸子和（Maruwa）和京瓷（Kyocera）。氮化鋁基板的生產需要高溫燒結爐，最初必須從日本進口，每台成本高達600萬元。直到2015年，國內技術才取得突破。如今，多家國內業者已具備大規模氮化鋁基板生產能力，領導企業的月產能超過50萬片，正逐步逼近日本丸和的水平。隨著高品質氮化鋁基板產能的不斷提升，長期以來對進口高性能陶瓷基板的依賴有望改變。

目前，氮化鋁陶瓷基板的市場規模約為10億元。 2019年至2022年，國內氮化鋁陶瓷基板市場的複合年增長率超過20%。隨著大規模積體電路、IGBT、微波通訊、汽車電子、影像感測等下游領域的快速發展，以及電子設備功率的不斷提升，氮化鋁的應用範圍將進一步擴大。根據業內專家預測，未來幾年氮化鋁陶瓷基板市場的成長率預計將維持在20%以上。依此成長率，到2026年，氮化鋁陶瓷基板的市場規模預計將達到20億元。