科创中国
氮化铝陶瓷的增材制造关键技术开发
发布时间:
2023-11-10
截止日期:2023-11-29
价格 双方协商
地区： 浙江省 舟山市 岱山县
需求方： 岱山***公司
行业领域
新材料技术
需求背景
AlN是一种Ⅲ-Ⅴ族共价键化合物，在自然界中并不存在，是一种人工合成的陶瓷材料，具有类似金刚石的六方纤锌矿（Wurtzite）的晶体结构。其理论密度为 ***，为白色或灰白色粉末，单晶呈无色透明。 氮化铝（AlN）是一种具有高热传导性、低介电常数和介电损耗、高体积电阻率、室温和高温力学性能良好以及与硅相近的热膨胀系数等优良综合性能的新兴陶瓷材料。其中单晶AlN的理论热导率可达320W·m-1·K-1，是传统电子封装基板材料 Al2O3的数倍，而且 AlN化学性质稳定无毒，相比于BeO的剧毒性，使其最终受到人们的广泛关注，成为一种最有希望替代 Al2O3 成为新一代大规模集成电路半导体制造和电子封装基片的理想材料。随着集成电路上每单位面积电子元件数目的增多，能耗越来越大，产生的热量越来越多，这对基片材料的散热性能提出更高要求。目前常用的Al2O3和高分子材料作为封装基板材料的热传导性能愈发难以达到要求。而AlN陶瓷的高热导率、好的抗热冲击性、高温下依然良好的力学性能，使其被认为是最理想的基板材料。 随着5G时代的到来，低损耗、高导热的AlN陶瓷基板能满足高频5G组件的高要求。目前全球AlN应用市场处于高速成长期，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。
需解决的主要技术难题
1、直接氮化法的转化率及杂质含量虽已得到良好的控制，但粉末形貌的不规则仍可对后续工艺产生不利影响，对颗粒尺寸及形状的有效控制需进一步研究。
2、在化学机械抛光中，材料的去除是通过化学和机械综合作用，加工后的氮化铝表面容易出现微裂纹，产生亚表面损伤。此外，在抛光工艺中，研磨液易造成污染，需要专门工艺处理，并且磨料容易对抛光垫造成磨损，需要定期对抛光垫修正。
3、要确保氮化铝制备稳定性，主要解决水解、氧化及添加剂、温度、杂质对氮化铝制备的影响。对氮化铝制备方式的优化，就应向氮化铝粉体自身的抗水解性进行详细分析，研究通过科学的热处理技术，融入表面改性技术，确保氮化铝粉体自身稳定。
期望实现的主要技术目标
1、获得适用于光固化成型AIN陶瓷浆料的树脂配方体系;
2、研究AIN粉体粒径对成型工艺的影响，建立粉体粒径-浆料粘度-固化特性-烧结性能之间的相互关系，为实现高性能AIN陶瓷制备提供科学支持;
3、通过对 AIN粉体表面改性，实现高固相含量、低粘度AIN陶瓷浆料制备;
所生产AlN陶瓷在常温和高温下都具有良好的耐蚀性、稳定性，在2450℃时才会发生分解。
需求解析
解析单位：“科创中国”绿色建材产业科技服务团（中国空间科学学会） 解析时间：2023-11-13
陈雪
桂林电子科技大学
副教授
综合评价
1、采用硅烷偶联剂KH570对化铝粉体进行表面改性使粉体表面的活性基团与表面改性剂的特殊基团发生化学反应形成包覆层，有利于改善陶瓷粉体与光敏树脂之间的界面相容性，更好的实现对表面包覆层厚度的精确调控。
2、氮化铝陶瓷材料的表面质量和加工精度对器件的性能和使用寿命具有重要影响，如何获得高质量的平坦化加工表面，提高加工效率，减少加工中出现的缺陷和损伤，一直都是超精密加工领域的研究热点。
3、国内高导热AlN陶瓷的关键技术水平和国外相比还有很大差距，AlN粉末是制备AlN 陶瓷的主要原料，它的性质（如纯度、粒度、氧含 量及其他杂质含量）对后续制备AlN陶瓷的性能具有决定性影响。
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