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高質量陶瓷粉體的製備是獲得高性能電子陶瓷的關鍵!

高(gao)質(zhi)量(liang)陶瓷粉體(ti)的製備是(shi)獲(huo)得(de)高性能電子(zi)陶瓷的關鍵!

編輯(ji):轉(zhuan)自(zi):材料科學與工程技術 發布(bu)時(shi)間:2023-12-08

電子陶(tao)瓷(ci)的優(you)良性能(neng)基於(yu)其(qi)粉體的高質量。因此,高質量陶瓷粉體的(de)製(zhi)備(bei)是獲得性(xing)能優良電(dian)子陶瓷的關鍵(jian)。而(er)高純(chun)、超細(xi)、高性能陶瓷粉體製造技術卻(que)是製約我(wo)國(guo)先進電子陶瓷產(chan)業(ye)發(fa)展(zhan)的主要(yao)瓶(ping)頸(jing)。全球(qiu)約65%的電子陶瓷粉被(bei)日本企(qi)業壟(long)斷(duan),日本Sakai是全(quan)球最(zui)大的電子陶瓷粉體材(cai)料生產商,全球市場(chang)份(fen)額(e)約(yue)28%,其次(ci)是美(mei)國Ferro及(ji)日本化(hua)學(xue)NCI,分別(bie)占(zhan)比(bi)約28%、14%。

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電子陶瓷粉體技(ji)術及市場現(xian)狀分析

電子陶瓷粉體是製造電子陶瓷元器件的主(zhu)要原(yuan)料(liao),常見(jian)的電子陶瓷材料有(you):鈦(tai)酸(suan)鋇(bei)、MLCC介(jie)質材料、微波介(jie)質材料、鐵(tie)氧體磁(ci)性材料、二氧(yang)化鈦、消(xiao)費電子外(wai)殼材料、氧化鋁(lv)粉體、勃(bo)姆(mu)石(shi)粉(fen)體等(deng)。下(xia)麵來(lai)了(le)解一下幾(ji)種關注度(du)較高的電子陶瓷粉體材料,並(bing)分析(xi)其技術(shu)及市場的現狀(zhuang)。

高純氧化鋁

目前(qian)常(chang)用的電子封(feng)裝(zhuang)陶瓷材料中,氧化鋁具有較(jiao)為優異(yi)的綜(zong)合(he)性能,是目(mu)前電子行(xing)業中應用(yong)最廣(guang)的陶瓷材料。其中電子陶瓷應用最廣的是4N高純氧化鋁,整(zheng)體純度99.99%。

高純氧化鋁如何(he)更好地(di)應用在電子陶瓷領(ling)域?首先是從(cong)微觀形(xing)貌(mao)上講(jiang),關於電子陶瓷領域(yu)核(he)心的應(ying)用,業內(nei)會關(guan)注(zhu)兩(liang)個(ge)方向:高純氧化鋁的燒(shao)結(jie)活性和高純氧化鋁的應用特(te)性(即(ji)粉體在下遊(you)使用的過(guo)程當中能更(geng)便(bian)於加工製造)

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從微觀(guan)形貌來看,高純氧化鋁可(ke)以(yi)做(zuo)成球形、刺(ci)狀、類(lei)球形、棱體狀、納米級(ji)片(pian)狀等,通過微觀形貌的控製,可能在下遊的應用過程(cheng)中,例(li)如(ru)下一步的陶瓷製漿(jiang)的過程中,通(tong)過對微觀形貌它(ta)的控(kong)製以後(hou),更容(rong)易進行很(hen)好(hao)的分(fen)散(san),解決大(da)顆粒(li)等各方麵(mian)問題,再(zai)下一步燒結的過程中,均(jun)勻的顆(ke)粒,微觀控製,能按照(zhao)自身(shen)要求(qiu)更好的掌(zhang)控晶(jing)粒的大小和(he)均勻(yun)性。

基於高純氧化鋁的燒結活性和應用特性,棱(leng)體狀氧化鋁可以應用於催(cui)化劑(ji)載體、1μm左(zuo)右的氧化鋁吸(xi)盤(pan);根(gen)據(ju)導(dao)熱材料方(fang)麵應用,對氧化鋁粉體進(jin)行細化,降低(di)表麵活性,做成(cheng)單晶狀;考慮(lv)到流(liu)延(yan)性能的應用,製作(zuo)成球狀的氧化鋁。適(shi)用於不(bu)同(tong)的拋(pao)光(guang)應用的氧化鋁,對氧化鋁的形貌和顆粒均勻性進行了單(dan)獨處理。

鈦酸鋇

鈦酸鋇(BaTiO3)是一種(zhong)ABO3型鈣(gai)鈦礦結構(gou),是目前使用最普遍(bian)的電子陶瓷粉體之(zhi)一,還(hai)是製造電子元件的母(mu)體材料,因(yin)此被人(ren)們(men)稱(cheng)作“電子陶瓷工業的支(zhi)柱”。根據中國電子元(yuan)件行業協(xie)會(hui)公(gong)布數據,2022年(nian)中國MLCC行業市場規(gui)模約為596億(yi)元,到(dao)2026年預計(ji)將達(da)726億(yi)元。作為MLCC核心(xin)原材料,鈦酸鋇粉體需(xu)求將(jiang)不斷攀升(sheng)。

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在國際(ji)市場上,鈦酸鋇粉體生產企業主要有村(cun)田(tian)、日本住(zhu)友、杜邦(bang)、中央硝子、TDK、日本堺(jie)化學等。與國際企業相(xiang)比,我國鈦酸鋇粉體企業在技術、規模(mo)、產品性能等方麵仍存在差(cha)距(ju),尤其在高端(duan)納(na)米(mi)鈦酸鋇粉體領域,仍(reng)依(yi)賴於進口(kou)。

另(ling)外,微型化的MLCC是後續(xu)多層(ceng)陶瓷電容器(qi)發展的主要方向(xiang),這(zhe)主要是因為(wei)電子設(she)備逐(zhu)漸(jian)向微型化、薄層化方向發展。在介質層的薄型(xing)化方麵,日本企業仍處(chu)於領先地位(wei),介質層厚度為1μm的多(duo)層陶瓷電容器已(yi)經(jing)量產,研(yan)發厚(hou)度已達到0.3μm。

介質層薄層化的基礎(chu)是鈦酸鋇陶瓷粉體的細化,在多層陶瓷電容器介質層厚度越來越(yue)小(xiao)的情(qing)況下,為提(ti)高元件(jian)的穩定性和可靠(kao)性,鈦酸鋇作為多層陶瓷電容器的主要原料,主要使用的鈦酸鋇粉體的尺(chi)寸(cun)為80-150nm。因此(ci),高性能鈦酸鋇粉體材料是實(shi)現高性能MLCC國產化的關鍵。

氮(dan)化鋁

氮化鋁(AlN)具(ju)有優良(liang)的導熱性能、高體積電阻(zu)率(lv)、高絕(jue)緣耐(nai)壓(ya)、熱膨(peng)脹(zhang)係數(shu)、與矽(xi)匹(pi)配(pei)好等特性,常用作陶瓷電子導熱(re)基(ji)板(ban)和封裝材料,應用前景十(shi)分廣闊(kuo)。

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氮化鋁陶瓷基板是一種新型基板材料,具有良好的導熱性、可靠的電絕緣(yuan)性、低介電常數和介電損(sun)耗、無(wu)毒、與矽的熱膨脹係(xi)數相匹配等一係列優良特性,被認為是新(xin)一代(dai)高集(ji)成度半(ban)導體基板和電子封裝的理(li)想選(xuan)擇材料。但(dan)氮化鋁陶瓷基板核心原料氮化鋁粉的製備工(gong)藝(yi)複雜(za)、能耗(hao)高、周(zhou)期長(zhang)、成本高。高成本限製了氮化鋁陶瓷基板的廣泛(fan)應用,因此氮化鋁陶瓷基板主要應用於高端行業。

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高性能氮化鋁粉體是製備高熱導率氮化鋁陶瓷基片的關鍵,目前國外氮化鋁粉製造(zao)工藝已經相當(dang)成熟(shu),商(shang)品化程度也(ye)很高。但掌握高性能氮化鋁粉生產技術的廠家(jia)並不多,主要分布在日本、德(de)國和美國。

其中,日本德山氮化鋁粉體采(cai)用的是“氧化鋁粉碳(tan)熱還原法”工藝製備,該方法(fa)是以超細氧化鋁粉和高純度碳黑(hei)粉作為反應原料,經過球磨混合均勻後,比表麵積增(zeng)大,然後在氮氣氛(fen)圍中反(fan)應數小時,被還原出(chu)的鋁與(yu)氮氣(qi)作用,生(sheng)成氮化鋁(國內采用該(gai)路(lu)線的代表(biao)為钜(ju)瓷科技)。

電子陶瓷材料技術未來趨勢和戰略目標(biao)
隨(sui)著(zhu)電子信息產品進一步(bu)向寬(kuan)帶(dai)化、小型化、集成化、無線(xian) / 移(yi)動(dong)化、綠色化的方向發展,電子陶瓷元器件的多功能化、多層化、多層元件片式化和片式(shi)元件集成化成為發展的主流,這些新的趨(qu)勢(shi)向電子陶瓷材料提出了一係列(lie)新的要求,如材料顯微結構細晶化、材料功(gong)能的多樣(yang)化、電磁特性的高頻(pin)化及低損耗化等。 

麵向信(xin)息技術等領域的迫(po)切(qie)需求,進一步加(jia)大電子陶瓷技術的研究(jiu)開(kai)發及其產業升級的扶(fu)植(zhi)力度,突破困擾(rao)該產業技術進步的關鍵技術,使(shi)我國在該領域的技術水(shui)平走進世(shi)界前列。力(li)爭(zheng)在2025 年大部分水平(ping)與美國、日本接(jie)近,2035 年成為全球高端電子陶瓷材料和元器件的主要來源(yuan)地。

小 結

電子陶瓷在小型化和便攜式電子產品中占有十分重要的地位,近(jin)年來,我國在電子陶瓷材料的研究與產業化方麵有很大發展,但總(zong)體來看(kan),我國的電子陶瓷的發展水平與發達國家相比仍存在很大差距。要想(xiang)國內電子陶瓷行業得到更進一步的發展,解(jie)決電子陶瓷粉體材製備的卡(ka)脖(bo)子問(wen)題(ti)、積(ji)極(ji)推進對(dui)電子陶瓷粉體的研究開發具有非(fei)常重(zhong)要的意(yi)義(yi)。

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