氮化鋁（Aluminum Nitride，AlN）是一種六方晶系釬鋅礦型結構形態的共價鍵化合物，具有優良的熱導性、可靠的電絕緣性、低的介電常數和介電損耗、無毒以及與硅相匹配的熱膨脹系數等一系列優良特性，在電力電子、航空航天、國防軍事、汽車和機車、通訊以及其它工業領域均具有廣泛的應用前景。

圖  氮化鋁結構示意圖

氮化鋁除了是新一代散熱基板和電子器件封裝的理想材料，還可用于熱交換器、坩堝、保護管、澆注模具、半導體靜電卡盤、壓電陶瓷及薄膜、導熱填料等。

氮化鋁的主要應用方向：

1. 散熱基板及電子器件封裝

氮化鋁陶瓷具有優異的導熱性能，熱脹系數接近硅，機械強度高，化學穩定性好而且環保無毒，被認為是新一代散熱基板和電子器件封裝的理想材料，非常適合于混合功率開關的封裝以及微波真空管封裝殼體材料，同時也是大規模集成電路基片的理想材料，這也是AlN陶瓷的主要用途。

圖   陶瓷基板，來源丸和

2. 熱交換器件

氮化鋁陶瓷熱導率高、熱膨脹系數低，導熱效率和抗熱沖擊性能優良，可用作理想的耐熱沖和熱交換材料，例如氮化鋁陶瓷可以作為船用燃氣輪機的熱交換器材料和內燃機的耐熱部件。由于氮化鋁材料的優良導熱性能，有效提高了熱交換器的傳熱能力。

3. 功能材料

作為第三代半導體材料之一的氮化鋁，具有寬帶隙、高熱導率、高電阻率、良好的紫外透過率、高擊穿場強等優良性能。所以氮化鋁可用于制造能夠在高溫或者存在一定輻射的場景下使用的高頻大功率器件，如高功率電子器件、高密度固態存儲器等。

圖源：奧趨光電

AlN的禁帶寬度為6.2 eV，極化作用較強，在機械、微電子、光學以及聲表面波器件(SAW)制造、高頻寬帶通信等領域都有應用，如氮化鋁壓電陶瓷及薄膜等。另外，高純度的AlN陶瓷是透明的，具有優良的光學性能，再結合其電學性能，可制作紅外導流罩、傳感器等功能器件。

4.惰性耐熱材料

氮化鋁可在2000℃非氧化氣氛下，仍具有穩定的性能，是一種優良的高溫耐火材料，抗熔融金屬侵蝕的能力強，可用其作坩堝、保護管、澆注模具等。

5. 結構陶瓷

氮化鋁結構陶瓷的機械性能好，硬度高，韌性好于Al2O3陶瓷，并且耐高溫耐腐蝕。利用AIN陶瓷耐熱耐侵蝕性，可用于制作坩堝、Al蒸發皿、半導體靜電卡盤等高溫耐蝕部件。

圖  氮化鋁靜電卡盤，來源：NTK

6. 填充材料

氮化鋁具有優良的電絕緣性，高導熱，介電性能良好，與高分子材料相容性好，是電子產品高分子材料的優秀添加劑，可用于TIM 填料、FCCL 導熱介電層填料，廣泛應用于電子器件的熱傳遞介質，進而提高工作效率，如CPU與散熱器填隙、大功率三極管和可控硅元件與基材接觸的細縫處的熱傳遞介質。

目前，氮化鋁陶瓷粉體的生產技術壁壘較高，產能較少，高性能氮化鋁陶瓷粉體技術主要掌握在國外企業手中，我國氮化鋁進口依賴大，然近年來國內企業加大研發投入，國產替代成趨勢。國外氮化鋁粉體生產企業有日本德山、丸和、東洋鋁業、東洋炭素等；國內有艾森達、鵬程陶瓷、秦氏新材料、鉅瓷、臻璟、竹路、山東國瓷、中鋁山東、亞美納米、旭瓷、同立高科、中天利、錦藝新材料、上海寇霆、德盛、開爾納米、雅安百圖、柯佳源、寧夏新合源、北京矽瓷、合肥艾嘉等。

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原文始發于微信公眾號（艾邦陶瓷展）：一文了解氮化鋁陶瓷的應用