中国粉体网讯  毋庸置疑，氮化铝是近些年来最火的陶瓷材料之一，它具备的一些特殊性能使其在氧化铝已不能胜任的领域大发光彩。因此，行业内流传着“氮化铝取代氧化铝”的说法。

01.氧化铝与氮化铝的发展史

1856年，法国科学家查得力提出铝土矿苏打烧结法，首次尝试从铝土矿中提取氧化铝，标志着氧化铝工业的开端。

而氧化铝应用于陶瓷行业则是在49年后，据国瓷材料宋锡滨在“新材料产业发展之我见——先进陶瓷研发和产业发展现状”一文中介绍，1905年德国率先开始氧化铝刀具的研究，这也是整个先进陶瓷行业的起点。但当时的技术水平有限，氧化铝陶瓷的性能和应用范围较为有限。二战之后，各国开始加大对先进陶瓷的研发投入，氧化铝陶瓷的生产工艺逐渐成熟，并被逐渐应用于机械、电子、航空航天等各行各业，如今，氧化铝陶瓷已成为用量最大、用途最广泛的一类先进陶瓷。

我们再来看氮化铝，人们对氮化铝的研究也很早，它是由F.Birgeler和A.Geuhter在1862年发现的，并于1877年由J.W.MalletS首次合成了氮化铝，但在随后的100多年并没有什么实际应用，当时仅将其作为一种固氮剂用作化肥。

由于氮化铝是共价化合物，自扩散系数小，熔点高，导致其难以烧结，直到20世纪50年代，人们才首次成功制得氮化铝陶瓷，并作为耐火材料应用于纯铁、铝以及铝合金的熔炼。自20世纪70年代开始，随着研究的不断深入，氮化铝的制备工艺不断取得突破，其应用范围不断扩大，但相对有限。近年来，随着微电子技术的飞速发展，电子整机和电子元器件正朝微型化、轻型化、集成化，以及高可靠性和大功率输出等方向发展，越来越复杂的器件对基片和封装材料的散热提出了更高要求，具备高导热性的氮化铝引起了人们的重视。

02.三大领域，氧化铝已力不从心

基于现阶段电子芯片的综合性能越来越高、整体尺寸越来越小的发展情况，电子芯片工作过程中所呈现出的热流密度同样大幅提升。对于电子器件而言，通常温度每升高10℃，器件有效寿命就降低30%~50%。因此，选用合适的封装材料与工艺、提高器件散热能力就成为发展功率器件的技术瓶颈。

陶瓷基板领域

基板、导热界面材料是承担封装功能并同时提升系统散热效率的手段。封装基板主要利用材料本身具有的高热导率，将热量从芯片（热源）导出，实现与外界环境的热交换。

目前常用封装基板主要可分为高分子基板、金属基板和陶瓷基板几类。陶瓷材料本身具有热导率高、耐热性好、高绝缘、高强度、与芯片材料热匹配等性能，非常适合作为功率器件封装基板，其中氧化铝陶瓷因价格较低、稳定性好、绝缘性和机械性能较好，而且工艺技术纯熟，成为应用最为广泛的一种陶瓷基板材料。

一些陶瓷材料的特性比较

但是Al2O3陶瓷的热导率较低（30W/m·K），而且热膨胀系数与Si不太匹配，在一定程度上限制了其在大功率电子产品中的应用，其应用范围局限在电路所能承受的电压较低和电路的集成度不太高的封装领域。

导热界面材料

导热界面材料方面，当前其主要是聚合物复合材料，即高分子材料与导热填料的复合体，其导热性能主要依赖于导热填料。目前，更受关注的是具有极高本征热导率且良好绝缘性能的陶瓷填料，如氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化镁、碳化硅等，其中氧化铝是用量最大的一类陶瓷陶瓷填料。需要指出的是，一般而言，对于较高热导率的实现，氧化铝的添加量较高，且提升效果有限。

半导体设备精密陶瓷

氧化铝陶瓷部件具有高硬度、高机械强度、超耐磨性、耐高温、电阻率大、电绝缘性能好等优异性能，能满足真空、高温等特殊环境下的半导体制造复杂性能要求，在半导体制造生产线上有着不可替代的重要作用，其应用几乎覆盖所有半导体制造设备，是半导体生产设备的关键部件。

陶瓷加热器，来源：NGK

在静电卡盘、陶瓷加热器等领域，当前主体材料是氧化铝，但在高端领域，氧化铝已不是最佳选择。氮化铝不仅具有高导热性，能够在短时间内实现快速升温和降温，还具有良好的电绝缘性和机械强度，确保了加热器的稳定性和可靠性。此外，氮化铝的热膨胀系数与硅相近，这有助于减少热应力对晶圆的影响，提高工艺良率。因此，在高端静电卡盘、陶瓷加热器方面，氮化铝作为主体材料应成为一种趋势。

03.氧化铝会被氮化铝取代吗？

从导热性能来讲，在以上几个领域，氧化铝和氮化铝完全不是一个档次，但氮化铝能革了氧化铝的命吗？

氧化铝的导热系数只有30W/(m·K)，虽然不高，但足够应付中低端领域了，关键是它便宜啊，工艺也成熟，在中低端领域，选它没错。

氮化铝理论导热率最高可达320W/(m·K)，是氧化铝陶瓷的8～10倍，实际生产的热导率也可高达200W/(m·K)，但其价格高昂，其主要面对的是不断出现的高端市场需求。

由此可见，氧化铝与氮化铝并非简单的“取代”关系，而是互补共存、各司其职。

即便没有氮化铝，氧化铝也很难在高端市场立足。而在氧化铝足以应付的中低端市场，没人会傻到用价格高出很多的氮化铝，氧化铝仍然是王。

（中国粉体网/山川）

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