氮化铝陶瓷在新能源汽车中的两大主要应用领域

随着微电子技术的飞速发展，电子系统和元件正朝着小型化方向发展。 轻的 设计、集成、更高可靠性和更大功率输出。器件日益复杂，对基板和封装材料的散热性能提出了更高的要求。因此，以高导热性著称的氮化铝（AlN）基板已成为散热基板领域的“明星材料”。在新能源汽车领域，氮化铝基板甚至可以替代氧化铝基板，展现出广阔的应用前景。

01 氮化铝在新能源汽车中的应用

用于IGBT的AlN陶瓷基板
在新能源汽车“新四现代化”浪潮的推动下，对高压大功率IGBT模块的需求日益迫切。高压大功率IGBT模块面临着较高的技术壁垒和严峻的挑战，需要采用散热性能优异、可靠性高、载流能力强的封装材料。陶瓷覆铜基板凭借其卓越的导热性能，已成为电力电子领域功率模块封装中不可或缺的关键材料。

陶瓷覆铜基板
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与Al₂O₃和Si₃N₄陶瓷基板相比，AlN陶瓷基板具有以下优势：使用AlN陶瓷基板作为芯片载体可将芯片与模块的散热基板隔离。中间的AlN陶瓷层有效增强了模块的绝缘性能（陶瓷层绝缘耐压>2.5 kV）。此外，氮化铝陶瓷基板具有优异的导热性能，导热系数范围为170–260 W/m·K。这些优异的性能使得氮化铝覆铜基板成为高压IGBT模块封装的首选材料。

此外，氮化铝陶瓷基板的热膨胀系数与硅相近，可防止芯片受到应力损伤。氮化铝陶瓷基板的剥离强度超过20 N/mm²，具有优异的机械性能、耐腐蚀性和极小的变形能力。它们可在宽广的温度范围内使用，从而提高高压IGBT模块的可靠性。

用于LED大灯的氮化铝
汽车LED前大灯的工作温度极高。如果热量不能及时散发，亮度衰减就会加速。在这种情况下，LED散热基板的性能至关重要。氮化铝陶瓷基板具有高导热性、优异的绝缘性以及与LED芯片更匹配的热膨胀系数，是高功率前大灯的理想选择。此外，氮化铝陶瓷基板在汽车领域的应用远不止于前大灯，还包括智能汽车的各种传感器和高功率模块，展现出广阔的应用前景。

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02 高性能氮化铝陶瓷的关键在于粉末制备
氮化铝粉末制备技术可分为直接氮化法、碳热还原法、自蔓延高温合成法（SHS）、等离子体法、化学气相沉积法、溶液法和高能球磨法。

氮化铝粉末的常用制备方法
其中，碳热还原法占主导地位，接近50%，其次是直接氮化法和自蔓延法，分别占26%和12%。这三种方法均已实现工业化应用，技术相对成熟，所需设备较为简单，且能产出高纯度产品。然而，这些工艺的配方和步骤较为复杂，能耗较高，且存在一定的安全隐患，这些都制约了氮化铝的大规模商业化应用。

国内氮化铝粉末制备技术在质量和稳定性方面与国际标准存在差距。目前，全球氮化铝粉末市场主要由日本德山化学（占据全球高纯度氮化铝粉末75%的市场份额）、东洋铝业、德国斯塔克公司和美国陶氏化学等公司供应，产品纯度可达99.9%。国内能够大规模生产高质量配方粉末的企业寥寥无几（目前仅有两家企业进入配方粉末生产阶段）。

03 国内氮化铝产业快速发展，具有显著的进口替代潜力
随着半导体和新能源产业的发展，高功率电子芯片、光芯片等封装对散热的需求日益增长。陶瓷基板正从氧化铝向氮化铝发展。 氮化硅尽管国内企业目前市场份额相对较低，但这表明未来进口替代潜力巨大。

目前，全球产量 氮化铝基板 氮化铝基板市场由少数几家制造商主导，其中日本是最大的出口国。主要核心制造商包括丸和（Maruwa）和京瓷（Kyocera）。氮化铝基板的生产需要高温烧结炉，最初必须从日本进口，每台成本高达600万元人民币。直到2015年，国内技术才取得突破。如今，多家国内企业已具备大规模氮化铝基板生产能力，领先企业的月产能超过50万片，正逐步逼近日本丸和的水平。随着高品质氮化铝基板产能的不断提升，长期以来对进口高性能陶瓷基板的依赖有望改变。

目前，氮化铝陶瓷基板的市场规模约为10亿元人民币。2019年至2022年，国内氮化铝陶瓷基板市场的复合年增长率超过20%。随着大规模集成电路、IGBT、微波通信、汽车电子、图像传感等下游领域的快速发展，以及电子设备功率的不断提升，氮化铝的应用范围将进一步扩大。据业内专家预测，未来几年氮化铝陶瓷基板市场的增长率预计将保持在20%以上。按照这一增长率，到2026年，氮化铝陶瓷基板的市场规模预计将达到20亿元人民币。